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Fósseis de uma pequena criatura marinha que morreu há mais de meio bilhão de anos podem obrigar um livro de ciências a reescrever como os cérebros evoluíram.
Um estudo publicado na Science – liderado por Nicholas Strausfeld, um professor regente no Departamento de Neurociência da Universidade do Arizona, e Frank Hirth, um leitor de neurociência evolutiva no King’s College London – fornece a primeira descrição detalhada de catênulo de cardiodicção, um animal semelhante a um verme preservado em rochas na província de Yunnan, no sul da China. Medindo apenas meia polegada (menos de 1,5 centímetro) de comprimento e inicialmente descoberto em 1984, o fóssil escondia um segredo crucial até agora: um sistema nervoso delicadamente preservado, incluindo um cérebro.
“Até onde sabemos, este é o cérebro fossilizado mais antigo que conhecemos, até agora”, disse Strausfeld.
Cardiodicção pertencia a um grupo extinto de animais conhecidos como lobopodianos blindados, que eram abundantes no início de um período conhecido como Cambriano, quando praticamente todas as principais linhagens de animais apareceram em um período extremamente curto entre 540 milhões e 500 milhões de anos atrás. Os Lobopodianos provavelmente se moviam no fundo do mar usando vários pares de pernas macias e atarracadas que não tinham as articulações de seus descendentes, os euartrópodes – grego para “pé articulado real”. Os parentes vivos mais próximos dos lobopodianos são vermes de veludo que vivem principalmente na Austrália, Nova Zelândia e América do Sul.
Um debate que remonta ao século XIX
fósseis de Cardiodicção revelam um animal com um tronco segmentado no qual existem arranjos repetidos de estruturas neurais conhecidas como gânglios. Isso contrasta fortemente com sua cabeça e cérebro, os quais carecem de qualquer evidência de segmentação.
“Essa anatomia foi completamente inesperada porque as cabeças e cérebros dos artrópodes modernos, e alguns de seus ancestrais fossilizados, foram considerados segmentados por mais de cem anos”, disse Strausfeld.
Segundo os autores, a descoberta resolve um longo e acalorado debate sobre a origem e a composição da cabeça dos artrópodes, o grupo mundial mais rico em espécies do reino animal. Os artrópodes incluem insetos, crustáceos, aranhas e outros aracnídeos, além de algumas outras linhagens, como milípedes e centopéias.
“A partir da década de 1880, os biólogos observaram a aparência claramente segmentada do tronco típico dos artrópodes e basicamente extrapolaram isso para a cabeça”, disse Hirth. “Foi assim que o campo chegou a supor que a cabeça é uma extensão anterior de um tronco segmentado.”
“Mas Cardiodicção mostra que a cabeça inicial não era segmentada, nem seu cérebro, o que sugere que o cérebro e o sistema nervoso do tronco provavelmente evoluíram separadamente”, disse Strausfeld.
Cérebros fossilizam
Cardiodicção fazia parte da fauna de Chengjiang, um famoso depósito de fósseis na província de Yunnan descoberto pelo paleontólogo Xianguang Hou. Os corpos macios e delicados dos lobopodianos foram bem preservados no registro fóssil, mas além Cardiodicção nenhum foi examinado quanto à sua cabeça e cérebro, possivelmente porque os lobopodianos são geralmente pequenos. As partes mais proeminentes Cardiodicção eram uma série de estruturas triangulares em forma de sela que definiam cada segmento e serviam como pontos de fixação para pares de pernas. Aqueles foram encontrados em rochas ainda mais antigas, datando do advento do Cambriano.
“Isso nos diz que os lobopodianos blindados podem ter sido os primeiros artrópodes”, disse Strausfeld, antecedendo até mesmo os trilobites, um grupo icônico e diversificado de artrópodes marinhos que foi extinto há cerca de 250 milhões de anos.
“Até muito recentemente, o entendimento comum era ‘cérebros não fossilizam’”, disse Hirth. “Portanto, você não esperaria encontrar um fóssil com um cérebro preservado em primeiro lugar. E, em segundo lugar, este animal é tão pequeno que você nem ousaria olhar para ele na esperança de encontrar um cérebro.”
No entanto, o trabalho dos últimos 10 anos, em grande parte feito por Strausfeld, identificou vários casos de cérebros preservados em uma variedade de artrópodes fossilizados.
Um plano básico genético comum para fazer um cérebro
Em seu novo estudo, os autores não apenas identificaram o cérebro de Cardiodicção mas também o comparou com os de fósseis conhecidos e de artrópodes vivos, incluindo aranhas e centopéias. Combinando estudos anatômicos detalhados dos fósseis lobopodianos com análises de padrões de expressão gênica em seus descendentes vivos, eles concluem que um modelo compartilhado de organização cerebral foi mantido desde o Cambriano até hoje.
“Ao comparar padrões de expressão genética conhecidos em espécies vivas”, disse Hirth, “identificamos uma assinatura comum de todos os cérebros e como eles são formados”.
Dentro Cardiodicçãotrês domínios cerebrais estão associados a um par característico de apêndices cefálicos e a uma das três partes do sistema digestivo anterior.
“Percebemos que cada domínio do cérebro e suas características correspondentes são especificados pelos mesmos genes de combinação, independentemente da espécie que examinamos”, acrescentou Hirth. “Isso sugeriu um plano genético comum para fazer um cérebro.”
Lições para a evolução do cérebro dos vertebrados
Hirth e Strausfeld dizem que os princípios descritos em seu estudo provavelmente se aplicam a outras criaturas além dos artrópodes e seus parentes imediatos. Isso tem implicações importantes ao comparar o sistema nervoso dos artrópodes com o dos vertebrados, que mostram uma arquitetura distinta semelhante na qual o prosencéfalo e o mesencéfalo são geneticamente e desenvolvidos distintos da medula espinhal, disseram eles.
Strausfeld disse que suas descobertas também oferecem uma mensagem de continuidade em um momento em que o planeta está mudando dramaticamente sob a influência das mudanças climáticas.
“Numa época em que grandes eventos geológicos e climáticos remodelavam o planeta, simples animais marinhos como Cardiodicção deu origem ao grupo de organismos mais diverso do mundo – os euartrópodes – que eventualmente se espalharam para todos os habitats emergentes da Terra, mas que agora estão sendo ameaçados por nossas próprias espécies efêmeras.”
O financiamento para este trabalho foi fornecido pela National Science Foundation, o University of Arizona Regents Fund e o UK Biotechnology and Biological Sciences Research Council.
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