Une bonne représentation d’artiste du Kaili Leanchoilia affichant ses longs appendices en forme de ciseaux situés à l’arrière des yeux latéraux sur des tiges trapues. 14 paires d’appendices ont probablement servi le double rôle – fournir à l’animal de l’oxygène et le laisser se déplacer. Pointage de crédit : Nicholas Strausfeld
Des fossiles rares conservant les cerveaux associés à des créatures vivant à plus de cinquante pour cent d’un milliard d’années en arrière apportent une nouvelle douceur à l’évolution associée aux arthropodes.
Des fossiles magnifiquement préservés laissés par des animaux vivant il y a plus de la moitié d’un milliard d’années montrent dans les moindres détails des structures identiques qui, selon les chercheurs, ont longtemps supposé avoir conduit à l’archétype du cerveau humain hérité de tous les arthropodes. Les arthropodes constituent le groupe taxonomique d’animaux le plus différent et le plus riche en espèces, notamment les insectes, les crustacés, les robots et les scorpions, ainsi que d’autres lignées moins familières telles que les mille-pattes et les mille-pattes.
Les fossiles particuliers, appartenant à un bon arthropode connu sous le nom Leanchoilia , vérifier la présence – prédite par des études antérieures sur les gènes et le développement dans le domaine de la biologie des embryons d’insectes et d’araignées – d’un domaine frontal extrême du cerveau humain qui n’est pas segmenté et qui est invisible chez les arthropodes adultes contemporains. Indépendamment d’être invisible, ce domaine frontal particulier donne naissance à plusieurs centres neuronaux importants dans le cerveau humain des arthropodes adultes, y compris le matériel cellulaire souche qui offre finalement des centres impliqués dans la prise de décision et la mémoire. Ce domaine frontal particulier a été supposé être spécifique du cerveau antérieur, du mésencéphale et du cerveau postérieur observés chez les arthropodes vivants, il a également reçu le nom de prosocerebrum, avec «proso» signifiant «avant». ”
Vue latérale de Leanchoilia affichant son bouclier mental distinctif suivi de onze segments se terminant à l’intérieur d’une “queue” triangulaire. ” La barre d’échelle est généralement de 2 millimètres. Pointage de crédit : Nicholas Strausfeld
Décrit dans un article publié le 19 août 2021 dans la revue Actuel Le domaine de la biologie , les fossiles fournissent la première preuve de l’existence de cela sous la zone radar du cerveau prosocérébral, qui a un héritage qui apparaîtra au cours du développement voulu des arthropodes modernes, selon l’auteur principal de l’activité papier Nicholas Strausfeld, le professeur Regents associé aux neurosciences à l’université ou au collège de l’Arizona.
“Les fossiles extraordinaires que nous décrivons sont généralement différents de tout ce qui continue d’être vu auparavant”, a déclaré Strausfeld. « Deux systèmes nerveux, actuellement uniques car préservés de la même manière, montrent qu’il y a un demi-milliard de dollars d’années, la majorité de la zone cérébrale antérieure était présente et structurellement distincte avant l’apparition évolutive des trois ganglions segmentaires qui désignent le en particulier le cerveau antérieur, moyen et postérieur. ”
Le terme ganglion décrit un système de systèmes formant un centre neural qui se produit dans chaque segment du système nerveux d’un bon arthropode. Chez les arthropodes vivants, les trois ganglions qui marquent le cerveau en trois parties se sont compactés pour former une masse solide, masquant leur origine évolutive particulière depuis les structures segmentées.
Les fossiles de tissus mentaux sont extrêmement rares
Découvert dans les débris du développement de Kaili – une formation géologique dans la province du Guizhou au sud-ouest de Cina – les restes fossilisés de Leanchoilia remonter à la période cambrienne, il y a environ 508 millions d’années. Les fossiles de Kaili se trouvent dans des roches sédimentaires qui ont des concentrations élevées associées au fer, dont la présence a probablement aidé à protéger les tissus mous, qui ont généralement été modifiés par la suite par des débris de carbone.
Reconstruction de l’esprit et du système anxieux segmentaire montrant l’ensemble oculaire avant particulier s’étendant du prosocerebrum, l’œil latéral du protocerebrum, plus quatre ganglions segmentaires. Plus en arrière, à l’intérieur du tronc, chaque section est équipée d’une paire de ganglions qui sont généralement reliés entre eux par un cordon neural prolongeant la taille du corps. Les zones ombrées en bleu brillant suggèrent des tissus intestinaux préservés. La barre d’échelle symbolise 2 millimètres. Pointage de crédit : Nicholas Strausfeld
“Les fossiles de Kaili nous ouvrent la fenêtre afin d’entrevoir l’évolution de la stratégie corporelle des créatures qui ont vécu il y a plus de cinquante pour cent il y a un milliard d’années”, a déclaré le premier écrivain de l’article, Tian Lan du Centre de recherche du Guizhou pour la paléobiologie avec l’Université du Guizhou au sein de Chine. «Pour la toute première fois, nous savons maintenant que les fossiles d’arthropodes de la formation Kaili ont la possibilité de préserver des cellules neurales qui nous montrent à tous l’esprit primitif de l’arthropode venu des premiers temps existant à l’aube du monde des animaux de compagnie. ”
“Les systèmes nerveux, comme les autres cellules molles, sont difficiles à fossiliser”, a ajouté le co-auteur Pedro Martinez de l’Universitat de Barcelona et de l’Institut Catalá de Barcelone, dans le pays. « Cela fait de la recherche sur le développement précoce des techniques neuronales un travail difficile. ”
Les fossiles particuliers perdent également une nouvelle lumière sur l’origine évolutive associée à deux systèmes visibles distincts dans l’évolution des arthropodes : des paires associées à des yeux orientés vers l’avant ou même à des yeux tournés vers le côté, les descendants qui sont toujours présents dans les variétés vivant aujourd’hui.
De nombreux arthropodes, qui comprennent des insectes et des crustacés, ont une paire distincte d’yeux à facettes et un ensemble supplémentaire d’yeux moins apparents – avec une architecture plus ancienne – connus sous le nom d’yeux nauplius, ou ocelles. Ceux-ci sont structurellement exactement comme les principaux yeux associés aux araignées et aux scorpions. Ces yeux plus simples correspondent aux yeux avant du prosocerebrum à l’intérieur Leanchoilia , conformément aux preuves obtenues par des recherches antérieures analysant les modèles d’apparence des gènes au cours du développement souhaité d’arthropodes vivants.
La vue de la partie antérieure du fossile a pris des photos en éclairage direct et montrant les traces sombres particulières associées aux yeux latéraux, au prosocerebrum (les traces les plus pâles) et aux ganglions segmentaires. L’échelle pub est égale à 2 millimètres. Crédit : Nicholas Strausfeld
Leanchoilia Les yeux latéraux de , cependant, se rapportent au protocerebrum, qui est le ganglion segmentaire définissant le cerveau antérieur de l’arthropode particulier, reposant juste derrière le prosocerebrum particulier. Chez les arthropodes vivants, le protocerebrum fournit l’œil composé des insectes et des crustacés, ou le spectre des yeux à lentille unique de la cheville associés aux arachnides, aux mille-pattes et aux mille-pattes. Les centres visibles desservant les yeux des individus s’intègrent également dans la région protocérébrale du cerveau.
Strausfeld a expliqué qu’au sein des arthropodes vivants, le protocérébrum particulier, ou cerveau antérieur, a incorporé – d’une certaine manière, avalé vers le haut – les centres historiques fournis par le prosocérébrum particulier, de sorte qu’il a cessé d’être discernable en tant qu’entité anatomique unique.
Les fossiles sont extrêmement bien conservés car ils montrent qu’en plus des yeux antérieurs, le prosocerebrum a également augmenté les ganglions liés au labre, ou “lèvre supérieure”, des arthropodes récents. Les fossiles confirment également une hypothèse précoce suggérant comment le labre doit avoir initialement évolué à partir des appendices de maintien de Radiodonta , plusieurs arthropodes souches qui étaient les meilleurs prédateurs pendant la période cambrienne.
« Par rapport à d’autres matériaux fossiles comparables appartenant à des lignées plus avancées, l’activité de la Leanchoilia cerveau montre que l’accord ganglionnaire de l’esprit primitif a subi une condensation et une fusion de ses parties, ce qui explique pourquoi, dans les espèces résidentes, le prosocérébrum ne peut pas être reconnu individuellement », a déclaré Strausfeld.
Implications concernant l’évolution du cerveau chez les vertébrés
En plus de combler une lacune centenaire dans la connaissance du développement du cerveau des arthropodes, les résultats ont des implications importantes pour cette évolution précoce associée au cerveau des vertébrés, a déclaré Strausfeld.
Même si de simples animaux de compagnie ressemblant à des poissons ont existé en même temps que des arthropodes aujourd’hui fossilisés, vous ne trouverez aucun fossile convaincant de leur cerveau et, par conséquent, aucune preuve précieuse ni aucune preuve physiologique d’un prosocerebrum chez les vertébrés. Cependant, des études modernes montrent que les gènes définissant les cerveaux antérieur, moyen et postérieur particuliers de souris, par exemple, correspondent à la génétique définissant les trois divisions ganglionnaires du cerveau des arthropodes. Et chez les vertébrés, certaines installations cruciales impliquées dans la prise de décision, l’apprentissage et l’espace de mémoire ont des correspondances génétiques avec les installations supérieures du cerveau humain des arthropodes, qui proviennent de l’ancien prosocerebrum des arthropodes.
Ainsi, il est vraiment plausible qu’avant la période cambrienne, peut-être même avant l’évolution des programmes corporels organisés par segment, l’ancêtre commun des vertébrés et des invertébrés possédait des circuits simples pour une cognition et une prise de décision faciles. Et bien qu’un ancien cerveau de type prosocérébral ait pu être trouvé chez les tout premiers ancêtres des vertébrés, aucun fossile de ce type ne fournit même la preuve suggérée d’un domaine discret et non segmentaire.
“Néanmoins, on peut raisonnablement estimer que les vertébrés possèdent des parties incrustées dans leur cerveau “moderne” d’un cerveau historique non segmenté qui n’a jusqu’à présent déjà été démontrable que chez un arthropode antérieur, tel que Leanchoilia , a déclaré Strausfeld.
Référence : « Leanchoiliidae divulgue la société ancestrale du cerveau des euarthropodes souches » par Tian Lan, Yuanlong Zhao, Fangchen Zhao, A person He, Pedro Martinez et Nicholas M. Strausfeld, 19 août 2021, Biologie actuelle .
DOI : 10. 1016/j. lionceau. 2021. 07. 048
Les co-auteurs supplémentaires de la recherche sont Yuanlong Zhao du Guizhou Study Center for Paleobiology au Guizhou College à Guiyang, dans l’Extrême-Orient ; Fangchen Zhao du State Key Lab de paléobiologie et de stratigraphie de l’Académie des sciences de langue chinoise à Nanjing, Cina; et You He associé à Shanghai Synchrotron The Radiation Facility.
