CAMBRIAN FOSSIL PUSHES BACK EVOLUTION OF COMPLEX BRAINS (comentado)

Complex brains evolved much earlier than previously thought, as evidenced by a 520-million-year-old fossilized arthropod with remarkably well-preserved brain structures.

The remarkably well-preserved fossil of an extinct arthropod shows that anatomically complex brains evolved earlier than previously thought and have changed little over the course of evolution. According to University of Arizona neurobiologist Nicholas Strausfeld, who co-authored the study describing the specimen, the fossil is the earliest known to show a brain.  The discovery will be published in the Oct. 11 issue of the journal Nature.

This picture shows a nearly intact fossil of Fuxianhuia protensa. The inset shows the fossilized brain in the head of another specimen. The brain structures are visible as dark outlines. (Photo: Xiaoya Ma; inset: Nicholas Strausfeld)

Embedded in mudstones deposited during the Cambrian period 520 million years ago in what today is the Yunnan Province in China, the approximately 3-inch-long fossil, which belongs to the species Fuxianhuia protensa, represents an extinct lineage of arthropods combining an advanced brain anatomy with a primitive body plan. 

The fossil provides a “missing link” that sheds light on the evolutionary history of arthropods, the taxonomic group that comprises crustaceans, arachnids and insects. 

The researchers call their find “a transformative discovery” that could resolve a long-standing debate about how and when complex brains evolved. 

“No one expected such an advanced brain would have evolved so early in the history of multicellular animals,” said Strausfeld, a Regents Professor in the UA department of neuroscience

According to Strausfeld, paleontologists and evolutionary biologists have yet to agree on exactly how arthropods evolved, especially on what the common ancestor looked like that gave rise to insects.  

“There has been a very long debate about the origin of insects,” Strausfeld said, adding that until now, scientists have favored one of two scenarios.

A modern brain in an ancient body: A reconstruction of the brain of the 520 million year-old fossil Fuxianhuia protensa (left), which has a very simple body shape, yet shows unexpected similarity to the complex brain of a modern crustacean, such as the land hermit crab (Coenobita clypeatus) pictured on the right. (Illustration: Nicholas Strausfeld)

Some believe that insects evolved from an ancestor that gave rise to the malacostracans, a group of crustaceans that include crabs and shrimp, while others point to a lineage of less commonly known crustaceans called branchiopods, which include, for example, brine shrimp.

Because the brain anatomy of branchiopods is much simpler than that of malacostracans, they have been regarded as the more likely ancestors of the arthropod lineage that would give rise to insects. 

However, the discovery of a complex brain anatomy in an otherwise primitive organism such as Fuxianhuia makes this scenario unlikely. “The shape [of the fossilized brain] matches that of a comparable sized modern malacostracan,” the authors write in Nature. They argue the fossil supports the hypothesis that branchiopod brains evolved from a previously complex to a more simple architecture instead of the other way around. 

This hypothesis arose from neurocladistics, a field pioneered by Strausfeld that attempts to reconstruct the evolutionary relationships among organisms based on the anatomy of their nervous system. Conventional cladistics, on the other hand, usually look to an organism’s overall morphology or molecular data such as DNA sequences.

Strausfeld, who holds appointments in other UA departments including evolutionary biology and entomology, has catalogued about 140 character traits detailing the neural anatomies of almost 40 arthropod groups.

“There have been all sorts of implications why branchiopods shouldn’t be the ancestors of insects,” he said. “Many of us thought the proof in the pudding would be a fossil that would show a malacostracan-like brain in a creature that lived long before the origin of the branchiopods; and bingo! – this is what this is.”

Strausfeld traveled to the Yunnan Key Laboratory for Palaeobiology at Yunnan University in Kunming, China, to join his collaborator, Xiaoya Ma, a postdoctoral fellow at London’s Natural History Museum, in studying the brain anatomies of various fossil specimens. In the institute’s collection, they came across the fossil of Fuxianhuia protensa described in the paper.

“I spent a frenetic five hours at the dissecting microscope, the last hours of my visit there, photographing, photographing, photographing,” he said. “And I realized that this brain actually comprises three successive neuropils in the optic regions, which is a trait of malacostracans, not branchiopods.”

Neuropils are portions of the arthropod brain that serve particular functions, such as collecting and processing input from sensory organs. For example, scent receptors in the antennae are wired to the olfactory neuropils, while the eyes connect to neuropils in the optic lobes. 

When Strausfeld traced the fossilized outlines of Fuxianhuia’s brain, he realized it had three optic neuropils on each side that once were probably connected by nerve fibers in crosswise pattern as occurs in insects and malacostracans. The brain was also composed of three fused segments, whereas in branchiopods only two segments are fused. 

“In branchiopods, there are always only two visual neuropils and they are not linked by crossing fibers,” Strausfeld said. “In principle, Fuxianhuia’s is a very modern brain in an ancient animal.”

The fossil supports the idea that once a basic brain design had evolved, it changed little over time, he explained. Instead, peripheral components such as the eyes, the antennae and other appendages, sensory organs, etc., underwent great diversification and specialized in different tasks but all plugged into the same basic circuitry.

“It is remarkable how constant the ground pattern of the nervous system has remained for probably more than 550 million years,” Strausfeld added. “The basic organization of the computational circuitry that deals, say, with smelling, appears to be the same as the one that deals with vision, or mechanical sensation.”

Co-authors on the study are Xiaoya Ma and Gregory Edgecombe from the paleontology department of the Natural History Museum, London, and Xianguang Hou, director of the Yunnan Key Laboratory for Paleobiology at Yunnan University.

Fonte: The University of Arizona

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Resenha do autor

Registros fósseis são sempre surpreendentes, eles tem a capacidade de cada vez mais detalhar momentos históricos da vida na Terra. Constantemente ele se renova. Sabemos por exemplo, através deste fóssil, que a origem de um tecido nervoso mais organizado é mais antiga do que o previsto. Natural como deveria ser. Isso ocorreu também com a fecundação interna que se estendeu mais de 25 milhões de anos depois que encontraram um fóssil de placodermo de uma fêmea fecunda datada em 375 milhões de anos. Provavelmente essa data ainda vai se estender mais. (veja SEXO: DA NECESSIDADE AO PRAZER. AMOR, REAL OU CONSTRUÇÃO BIOPSICOSSOCIAL?)

origem evolutiva dos músculos também já foi datada em mais de 600 milhões de anos quando genes e a miosina foram encontrados em águas vivas. A miosina obviamente apresenta uma função um pouco distinta de sua função nos demais grupos animais.

Erroneamente as pessoas acreditam que a vida iniciou-se a cerca de 565 milhões que é quando os registros fósseis começam a explodir no registro geológico. Entretanto, pesquisadores apontam que a vida originalmente a cerca de 3,5 bilhões de anos. Existem registros de que os coanoflagelados, que fazem parte da anatomia das esponjas do mar, mas que se originaram a mais de 900 milhões de anos segundo sua datação pelo relógio molecular. Eram indivíduos solitários e não organizados como uma esponja do mãe.

A questão da origem do sistema nervoso evidenciada neste artrópode da reportagem certamente não é a mais antiga. Obviamente o sistema nervoso deve ter surgido em um período geológico muito anterior a 520 milhões de anos. A questão é; onde conseguiremos evidencias dessa afirmação uma vez que a grande maioria dos fósseis tem geralmente 565 milhões de anos? Parece evidente, mas não provado ainda.

A explosão do registro fóssil referente ao cambriano ocorre possivelmente pelo desenvolvimento de partes duras que passaram a ser fossilizadas. Partes estas que só se originaram graças a mudanças físico-químicas que ocorreram no oceano pouco antes do Cambriano e que permitiram esses animais absorver o carbonato de cálcio e formar carapaças fossilizáveis. Sabe-se hoje que há registros fósseis acima de 556 milhões de anos e que em condições muito específicas partes moles podem ser fossilizadas. (Veja TO GET FOSSIL GUTS, EXTREME CHEMISTRY NEEDED e ANÁLISE CONCEITUAL DE FÓSSIL E ESTRATIGRAFIA DESMONTAM CERNE DO CRIACIONISMO)

Sabe-se também que há registros de artrópodos do Cambriano que não se encaixam em nenhuma categoria taxonômica da biologia atual, dado o seu grau de peculiaridade. De fato, é possível que o Cambriano tenha contribuído com mais de 100 filos distintos no registro fóssil e que estão sendo descobertos ainda. O xisto de Burgess da Columbia Britânica conta com diversos anelídeos, cnidários, priapulideos extremamente exóticos de difícil classificação taxonômica e que pode contribuir com para elucidar a origem do sistema nervoso dos animais. De fato, há trezes grupos de artrópodes do Cambriano que não tem classificação alguma, pois são totalmente desconhecidos em relação aos parentescos, como o caso do Dinomischus.

Pensando em relação de parentesco e origem, os artrópodes ainda são um grupo cujo  ancestral é desconhecido. Existem diversas possibilidades de parentesco, as principais são em relação ao grupo dos onicóforos e a outra em relação aos anelídeos.

Nos artrópodes o esquema do sistema nervoso é o mesmo dos anelídeos exceto pelo desenvolvimento de gânglios mais especializados podendo ser divididos em deutocérebro responsável por receber nervos da primeira antena, o protocérebro que são responsáveis pelos lobos ópticos. Assim a evolução foi fornecendo gânglios cada vez mais sofisticados com grande importância no controle de áreas conquistadas por esse tipo celular. Ainda mais no que diz respeito aos artrópodes, que necessitam de um sistema mais aprimorado para controlar suas articulações, surgindo assim centros de atividade rítmica formados por neurônios geradores de atividades motoras padronizadas que atuam sincronizadamente em comportamentos como locomoção, natação e vôo, principalmente em locais onde ocorre uma integração sensorial e controle motor, onde as asas e pernas se inserem no corpo. Esse controle refinado e de ação rápida é dada por diversos tipos de neurônios, fásicos, tônicos e inibitórios.

Em relação aos onicóforos, a maior evidencia dessa relação esta no seu desenvolvimento. Tanto em onicóforos quando em artrópodes os blocos segmentares da mesoderme são evidentes e os compartimentos teciduais conjuntivos são pouco evidentes. Ao longo do desenvolvimento os compartimentos teciduais conjuntivos se desenvolvem e dão origem a hemocele, responsável pelo sistema circulatório do animal, enquanto a mesoderme é reduzida e se fixa somente na formação das gônadas e em alguns grupos participam até da formação dos intestinos.

Scritto da Rossetti

Palavra chave: NetNature, Rossetti, Sistema Nervoso, Artrópodes, Filos, Cambriano, Paleontologia, Fósseis, Anelídeos, Onicóforo.

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Referências.

* Robert D. Barnes. Zoologia dos invertebrados. Ed Rocca. 2005.

2 thoughts on “CAMBRIAN FOSSIL PUSHES BACK EVOLUTION OF COMPLEX BRAINS (comentado)

  1. As formas como pensamos, dependem dos pontos de partidas dos quais iniciamos nossa própria evolução mental. O grande problema é de fato esses pontos de partida.

    Ainda não se encontrou uma definição ou entendimento consensual do que seja a Vida e por extensão, o próprio ser-vivo. O ponto de partida “científico” é que seja fortuito e natural, o que contraria as próprias leis que a ciência já conhece, como a entropia, a conservação etc. Fortuito e natural significa “espontâneo”, e espontaneamente a matéria só degrada, até o infinito. Só “se arruma” a matéria, ela sozinha nao é capaz disso, VELHO COMO FAZER COCÔ DE COQUE, mas quando se fala do ser-vivo, admite-se que isso é possível, isto é, UM SER-VIVO SURGE DO “NADA”, como até Lavoisier se acreditava como as moscas surgiam, DO COCÕ DE VACAS.

    Tudo muda quando se admite, por exemplo, que tudo tem como origem alguma forma de inteligência, que seria a “energia externa à matéria” e que pode alterá-la, inclusive “arrumando ou desarrumando”. E é exatamente assim que o homem faz “suas arrumações” com seus artefatos, até mesmo fazendo o “milagre” de mudar uma espécie viva, MAS ISSO SÓ FUNCIONA PARA O HOMEM, NÃO PARA A NATUREZA.

    No fundo, estamos falando de crenças, e aí a humanidade é enigma total.
    A ciência está sentada no seu trono de dogma de fé, que não abre mão, a religião sentada em outros dogmas de fé que também não abre mão, e por extensão, a arte. No entanto, nem uma nem outra como meros acervos de conhecimentos, têm dogma de fé algum, que é CRENÇA MUITAS VEZES TÃOI INTELIGENTES COMO ESTÚPIDAS DO PRÓPRIO HOMEM.
    O que está escrito na ciêrncia, que aos poucos vai-se formando, corrigindo hoje besteiras de ontem? Que o ser-vivo na Terra tem evoluido espontaneamente, de acordo com a idéia de Darwin, que na realidade apontou para duas coisas distintas, uma, a Árvore da Vida, que mostra um aspecto evolutivo dos “seus organismos”, e outro, uma mero palpite que essa evolução se deu por “acaso e fortuitamente” de acordo com alguma lei que sequer se consegue definir. E é isso que vários cientistas tidos como “avançados” juram de pé junto que acontece, as observaçõs mostram isso etc. etc.!
    Contudo se analisarmos direito as tais observações, não mostram ABSOLUTAMENTE NADA disso, de daí surgem os “causos fósseis” que vira e mexe, mudam a coisa. Simples, quando se jura de pé junto que uma nuvem é uma bicleta, está apenas fazendo seu dogma de fé na sua capacidade de observação, a nuvem está pouco se lixando com a crença que o indivíduo mentaliza, ela continua nuvem como sempre foi! Na relidade não é a ciência que acredita ou desacredita no que quer que seja, ela é simples como uma biblioteca, está cheia de conhecimentos em diversas áreas, cada um é que faz sua própria mentalização daquilo que observa, em determinado, passamos a defender “idéias” de outros, que entendo como “revelações”. O mesmo acontece com a religião e as artes, que eu considero como os tres acervos os quais a sociedade humana tem acumulado os conhecimentos do homem, como que se fosse a “inteligência da sociedade humana”, e como a do próprio homem, está em contínua evolução. NÃO É A MATÉRIA QUE EVOLUI PARA PORCARIA NENHUMA, MAS A INTELIGÊNCIA, e isso é lógico no homem, MAS POR CRENÇA DOGMÁTICA, NÃO É LÓGICO NA NATUREZA, mera crença em Papai Noel.

    Como o homem tem evoluído sua inteligência? Através de ” manusear a matéria” através de seus artefatos, E por que na natureza a coisa teria que ser diferente?
    Qualquer religião minimamente “religião”, diz o espírito é que, é que dá vida à matéria, seja um ser-vivo ou qualquer outra coisa, e o homem faz isso com seus artefatos o dia inteiro, é só na rua os automóveis se comportando como seres-vivos comuns, e até inteligentes com a própria inteligência de seu motoristas, por isso acontece a maioria dos acidentes.
    Os próprios artefatos humanos foram “evoluindo organicamente” à medida que o próprio evolui com sua inteligência. Assim o automóvel de hoje era a simples carroça de ontem, a metralhadora de hoje a simples funda de David, e vai por aí afora. Muitos artefatos “obras de sonhos de ontem, como por exemplo, as pirâmides”, são meras sucatas hoje. OS ORGANISMOS EVOLUEM DE ACORDOM COM A EVOLUÇÃO DA PRÓPRIA INTELIGÊNCIA QUE O PRODUZ. Aí, se o organismo material que circuntancialmente se torna vivo (Vida não é uma “coisa”, é uma mera circunstância de alguma coisa) evolui, EVOLUI PARA SATISFAZER A EVOLUÇÃO DA INTELIGÊNCIA DE ALGUMA COISA QUE DE FATO LHE DÁ VIDA, no caso do automóvel, o próprio homem,
    TODAS RELIGIÕES QUE SE PREZEM DIZEM QUE O HOMEM É “CORPO ORGÂNICO MAIS ESPÍRITO OU ALMA, OU SEJA LÁ O QUE QUISER QUE SEJA. Toda religião é por definição adepta do antropoformismo, como se o homem fosse a “obra prima de Deus”, mas a idéia é ampla para todo o ser-vivo. É como pensar que o automóvel é obra prima do homem em transportes, e no entanto, ainda vonvivemos muita com carroças, carrinhos de mão etc. Deus não poderia ser “menos inteligente do que o homem”, mas os religiosos nos vendem essa idiotice.
    Então, quem dá “inteligência ou vida” ao automóvel é o homem, E QUEM DÁ VIDA E INTELIGÊNCIA AO HOMEM? O acaso fortuito da natureza? É MUITA CRENÇA SEM SENTIDO, mas é assim que se admite como ponto de partida.
    Que tal se mudar o disco furado, e se começar a encarar a vida na Terra como um simples “projeto inteligente” de alguma coisa, que na religião está claro que se chama “espírito”, e se o cientista não gosta, chame do que quiser? MAS PENSAR QUE TUDO É UM MERO ACASO, ISSO É DEMAIS.
    Até um século atrás, o homem só conhecia a carroça para seu movimento “melhorado” em relação à sua limitação orgânica, hoje estamos falando de uma parafernália de formas diferentes de se movimentar. Como o homem daqui a um milhão de anos vai considerar essa “evolução” nos transportes humanos? QUE TUDO FOI UM MERO ACASO DA NATUREZA?

    Pontos de partida são pontos de CRENÇAS INICIAIS, absolutamente equivocadas quando são meros dogmas de fé.
    Os organismos vivos se “alteram” de acordo com as necessidades de evolução das inteligências que os controem e os usa para algum fim. Finalidade ou utilidade só existe onde existe inteligência, daí que o cientita evolucionista tem dificuldade até de encontrar utilidade para o próprio ser-vivo, um artista num forum dizia que o artefato tem utilidade, o ser-vivo não tem utilidade alguma, e deu como exemplo, a barata, Nem merece comentários, e era um biólogo, não sei se PhD.
    Os enigmas dos fósseis só fazem sentido a partir do ponto de partida da “seleção natural”, pela seleção inteligente, como o homem faz com seus artefatos, não é enigma algum, exceto a própria inteligência que evolui de forma muitas vezes, enigmáticas. O que justifica acharmos que uma flor é mais bonita do que outra? Para os demais seres-vivos, só conseguem ver a “utilidade”, até mesmo para a própria flor, por isso julgamos que o homem é “mais evoluído”! SÓ EVOLUI A INTELIGÊNCIA OU O ESPÍRITO, se quisermos ser mais completo. De acordo com as religiões, evoljução do espírito significa evolução MORAL, INTELECTUAL E ÉTICA AO MESMO TEMPO, hoje estamos na Era Tecnológica da ciência, e na Era Mosaica da religião, é claro que alguma coisa está errada com a sociedade humana!
    arioba.

  2. Os organismos vivos se “alteram” de acordo com as necessidades de evolução das inteligências que os controem e os usa para algum fim. Finalidade ou utilidade só existe onde existe inteligência,.

    Já te passei vários artigos mostrando atividades enzimaticas complexas(Atividade de síntese de ligação peptidicas inclusive) em cadeias simples de RNA geradas aleatoriamente….seu problema é que tem uma cultura geral sobre biologia muito fraca e seus exemplos se limitam as poucas coisas que QUER “entender”!!!

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