Un fósil con el cerebro más antiguo del mundo desvela la evolución de este órgano

El fósil de una pequeña criatura marina que murió hace más de quinientos millones de años puede obligar a reescribir la historia de cómo evolucionó el cerebro. Un estudio sobre el  Cardiodictyon catenulum, un animal con forma de gusano preservado en rocas en la provincia sureña china de Yunnan, ha abierto un panorama desconocido hasta ahora. Con apenas 1,5 centímetros de largo y descubierto inicialmente en 1984, el fósil ocultaba un secreto crucial: un sistema nervioso delicadamente conservado, incluido un cerebro.

"Hasta donde sabemos, este es el cerebro fosilizado más antiguo que conocemos por ahora", afirmó Nicholas Strausfeld, de la Universidad de Arizona, que junto con Frank Hirth, del King's College de Londres, es autor del estudio. La investigación ha sido publicada en la revista Science.

El Cardiodictyon pertenecía a un grupo extinto de animales conocidos como lobopodios acorazados, que abundaban al principio del 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 por el fondo del mar. Sus parientes vivos más cercanos 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

Los fósiles de Cardiodictyon muestran un animal con un tronco segmentado en el que se repiten disposiciones de estructuras neuronales 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 típico de los artrópodos, y básicamente lo extrapolaron a la cabeza", dijo Hirth. "Así, se llegó a suponer que la cabeza era una prolongación anterior de un tronco segmentado", añadió.

"Pero Cardiodictyon muestra que la cabeza temprana no estaba segmentada, ni tampoco su cerebro, lo que sugiere que el cerebro y el sistema nervioso central probablemente evolucionaron por separado", dijo Strausfeld.

Cerebros fosilizados

Las partes más destacadas de Cardiodictyon eran una serie de estructuras triangulares en forma de silla de montar que definían cada segmento y servían como puntos de unión para los pares de patas.

"Eso nos dice que los lobopodios acorazados podrían haber sido los primeros artrópodos", explicó 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, la convicción general era que 'los cerebros no se fosilizan'", dijo Hirth. "Por tanto, en primer lugar, no se esperaría encontrar un fósil un cerebro preservado. Y, en segundo lugar, este animal es tan pequeño que ni siquiera nadie se atrevería a examinarlo 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 Cardiodictyon, sino que también lo compararon con los de fósiles conocidos y de artrópodos vivos, incluidas arañas y ciempiés. Tras combinar estudios anatómicos detallados de los fósiles de lobopodios con análisis de patrones de expresión génica en sus descendientes vivos, los investigadores concluyeron 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 Cardiodictyon, tres dominios cerebrales están asociados cada uno 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 reveló un plan básico genético común para hacer un cerebro".

Lecciones para la evolución del cerebro de los vertebrados

Hirth y Strausfeld afirman que los principios descritos en su estudio probablemente se puedan apliar a otras criaturas más allá 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, señalaron.

Strausfeld dijo que sus hallazgos también ofrecen un mensaje de continuidad en un momento en que el planeta está cambiando drásticamente bajo la influencia del cambio climático.

"En un momento en que los principales eventos geológicos y climáticos estaban remodelando el planeta, simples animales marinos como Cardiodictyon dieron origen al grupo de organismos más diverso del mundo, los euartrópodos, que finalmente se extendieron a todos los hábitats emergidos de la Tierra, pero que ahora están siendo amenazada por nuestra propia y efímera especie", añadió.

Estudio de referencia: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6264

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