Los fósiles de una pequeña criatura marina que murió hace más de quinientos millones de años pueden obligar a reescribir un libro de texto de ciencia sobre cómo evolucionó el cerebro.
Un estudio publicado en Science, dirigido por Nicholas Strausfeld, profesor regente en el Departamento de Neurociencia de la Universidad de Arizona, y Frank Hirth, lector de neurociencia evolutiva en el King’s College de Londres, proporciona la primera descripción detallada de Caténulo de cardiodicción, un animal parecido a un gusano conservado en rocas en la provincia de Yunnan, en el sur de China. Con apenas media pulgada (menos de 1,5 centímetros) de largo y descubierto inicialmente en 1984, el fósil había ocultado un secreto crucial hasta ahora: un sistema nervioso delicadamente conservado, incluido un cerebro.
«Hasta donde sabemos, este es el cerebro fosilizado más antiguo que conocemos hasta ahora», dijo Strausfeld.
Cardiodicción pertenecía a un grupo extinto de animales conocidos como lobopodios acorazados, que abundaban al principio de un período conocido como el Cámbrico, cuando prácticamente todos los linajes de animales principales aparecieron en un tiempo extremadamente corto, hace entre 540 y 500 millones de años. Los lobopodianos probablemente se movían en el fondo del mar usando múltiples pares de patas suaves y rechonchas que carecían de las articulaciones de sus descendientes, los euartrópodos, que en griego significa «pie articulado real». Los parientes vivos más cercanos de los lobopodios en la actualidad son los gusanos de terciopelo que viven principalmente en Australia, Nueva Zelanda y América del Sur.
Un debate que se remonta a 1800
fósiles de Cardiodicción revelan un animal con un tronco segmentado en el que hay arreglos repetitivos de estructuras neurales conocidas como ganglios. Esto contrasta marcadamente con su cabeza y cerebro, los cuales carecen de evidencia de segmentación.
«Esta anatomía fue completamente inesperada porque las cabezas y los cerebros de los artrópodos modernos y algunos de sus ancestros fosilizados se han considerado segmentados durante más de cien años», dijo Strausfeld.
Según los autores, el hallazgo resuelve un largo y acalorado debate sobre el origen y la composición de la cabeza de los artrópodos, el grupo más rico en especies del mundo en el reino animal. Los artrópodos incluyen insectos, crustáceos, arañas y otros arácnidos, además de algunos otros linajes como milpiés y ciempiés.
«Desde la década de 1880, los biólogos notaron la apariencia claramente segmentada del tronco típica de los artrópodos, y básicamente lo extrapolaron a la cabeza», dijo Hirth. «Así llegó el campo a suponer que la cabeza es una prolongación anterior de un tronco segmentado».
«Pero Cardiodicción muestra que la cabeza primitiva no estaba segmentada, ni tampoco su cerebro, lo que sugiere que el cerebro y el sistema nervioso del tronco probablemente evolucionaron por separado», dijo Strausfeld.
Los cerebros se fosilizan
Cardiodicción era parte de la fauna de Chengjiang, un famoso depósito de fósiles en la provincia de Yunnan descubierto por el paleontólogo Xianguang Hou. Los cuerpos suaves y delicados de los lobopodios se han conservado bien en el registro fósil, pero aparte de Cardiodicción ninguno ha sido examinado por su cabeza y cerebro, posiblemente porque los lobopodios son generalmente pequeños. Las partes más destacadas de Cardiodicción eran una serie de estructuras triangulares en forma de silla de montar que definían cada segmento y servían como puntos de unión para pares de patas. Esos se habían encontrado en rocas aún más antiguas que datan del advenimiento del Cámbrico.
«Eso nos dice que los lobopodios acorazados podrían haber sido los primeros artrópodos», dijo Strausfeld, anterior incluso a los trilobites, un grupo icónico y diverso de artrópodos marinos que se extinguieron hace unos 250 millones de años.
«Hasta hace muy poco, el entendimiento común era ‘los cerebros no se fosilizan'», dijo Hirth. «Entonces, en primer lugar, no esperaría encontrar un fósil con un cerebro preservado. Y, en segundo lugar, este animal es tan pequeño que ni siquiera se atrevería a mirarlo con la esperanza de encontrar un cerebro».
Sin embargo, el trabajo de los últimos 10 años, en gran parte realizado por Strausfeld, ha identificado varios casos de cerebros preservados en una variedad de artrópodos fosilizados.
Un plan básico genético común para hacer un cerebro
En su nuevo estudio, los autores no solo identificaron el cerebro de Cardiodicción pero también lo comparó con los de fósiles conocidos y de artrópodos vivos, incluidas arañas y ciempiés. Combinando estudios anatómicos detallados de los fósiles de lobopodios con análisis de patrones de expresión génica en sus descendientes vivos, concluyen que se ha mantenido un patrón compartido de organización cerebral desde el Cámbrico hasta hoy.
«Al comparar patrones de expresión génica conocidos en especies vivas», dijo Hirth, «identificamos una firma común de todos los cerebros y cómo se forman».
En Cardiodiccióncada uno de los tres dominios del cerebro está asociado con un par característico de apéndices de la cabeza y con una de las tres partes del sistema digestivo anterior.
«Nos dimos cuenta de que cada dominio del cerebro y sus características correspondientes están especificados por la misma combinación de genes, independientemente de la especie que estudiáramos», agregó Hirth. «Esto sugirió un plan básico genético común para hacer un cerebro».
Lecciones para la evolución del cerebro de los vertebrados
Hirth y Strausfeld dicen que los principios descritos en su estudio probablemente se apliquen a otras criaturas fuera de los artrópodos y sus parientes inmediatos. Esto tiene implicaciones importantes cuando se compara el sistema nervioso de los artrópodos con el de los vertebrados, que muestran una arquitectura distinta similar en la que el prosencéfalo y el mesencéfalo son genética y evolutivamente distintos de la médula espinal, dijeron.
Strausfeld dijo que sus hallazgos también ofrecen un mensaje de continuidad en un momento en que el planeta está cambiando drásticamente bajo la influencia de los cambios climáticos.
«En un momento en que los principales eventos geológicos y climáticos estaban remodelando el planeta, simples animales marinos como Cardiodicción dio origen al grupo de organismos más diverso del mundo, los euartrópodos, que finalmente se extendieron a todos los hábitats emergentes de la Tierra, pero que ahora están siendo amenazados por nuestra propia especie efímera».
La financiación para este trabajo fue proporcionada por la Fundación Nacional de Ciencias, el Fondo Regents de la Universidad de Arizona y el Consejo de Investigación de Ciencias Biológicas y Biotecnología del Reino Unido.
