کشف بزرگی که کتاب‌های علوم را تغییر می‌دهد

خبرآنلاین: فسیل یک موجود دریایی کوچک که بیش از نیم میلیارد سال پیش مرده است، ممکن است نویسندگان کتاب‌های علوم را وادار کند تا موضوع چگونگی تکامل مغز را بازنویسی کنند.

مطالعه‌ای در مجله Science به سرپرستی نیکلاس استراوسفلد، پروفسور گروه علوم اعصاب دانشگاه آریزونا، و فرانک هیرث خواننده علوم اعصاب تکاملی در کینگز کالج لندن، اولین توصیفات دقیق درباره Cardiodictyon catenulum را ارائه کردند. این فسیل کرم مانند که برای اولین بار در سال ۱۹۸۴ و در صخره‌های جنوبی استان یوننان چین پیدا شده و اندازه آن کمتر از ۱.۵ سانتی‌متر است، تا به امروز راز مهمی را با خود پنهان کرده بود: یک سیستم عصبی که به خوبی حفظ شده و شامل مغز نیز می‌باشد.

استراوسفلد می‌گوید: «بر اساس اطلاعات ما، این قدیمی‌ترین مغز فسیل‌شده‌ای است که می‌شناسیم.»

Cardiodictyon متعلق به گروهی از حیوانات منقرض شده است که با نام لوبوپودیا(lobopodia) زره‌پوش شناخته می‌شوند. این موجودات در اوایل دوره‌ کامبریان(Cambrian) فراوان بودند، تا اینکه تقریبا تمام گونه‌های آنها بین ۵۰۰ تا ۵۴۰ میلیون سال پیش پدیدار شدند. لوبوپودیاها احتمالا با استفاده از چندین جفت پاهای نرم و پرزدار خود در کف دریا حرکت می‌کردند؛ بر خلاف فرزندانشان ارتروپودها(euarthropods) – واژه یونانی برای «مفصل‌داران واقعی»- که مفصل نداشتند. نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده امروزی لوبوپودیان‌ها کرم‌های مخملی هستند که عمدتا در استرالیا، نیوزلند و آمریکای جنوبی زندگی می‌کنند.

مباحثی که به اویل قرن نوزدهم برمی‌گردد

فسیل‌های یافت‌شده از Cardiodictyon ها حیوانی را نشان می‌دهد که بدن آن تقسیم‌بندی شده و در هر قسمت آرایش‌های تکراری ساختارهای عصبی به نام گانگلیون وجود دارد. این بخش‌بندی‌ها به شدت با سر و مغز این حیوان در تضاد است. زیرا در سر و مغز این موجودات مدرکی مبنی بر تقسیم‌بندی وجود ندارد.

استراوسفلد می‌گوید: «این آناتومی کاملا غیرمنتظره بود، زیرا سر و مغز بندپایان مدرن و برخی از اجداد فسیل شده آنها بیش از صد سال است که به عنوان موجوداتی تکه‌ای و بندبند در نظر گرفته می‌شدند.»

طبق گفته نویسندگان این تحقیق، این یافته‌ها مباحث داغ و طولانی در مورد منشاء و ترکیب سر در بندپایان، که بزرگترین گونه‌های جانوری در قلمرو حیوانات در جهان محسوب می‌شوند را حل می‌کند. بندپایان شامل حشرات، سخت‌پوستان، عنکبوت‌ها و دیگر عنکبوتیان(رده‌ای از جانوران بی‌مهره و از بندپایان)، به علاوه برخی از خانواده‌های دیگر جانوران مانند هزارپاها و صدپاها(لب‌پاها- centipede)می‌شوند.

هیرث می‌گوید: «از دهه ۱۸۸۰، زیست‌شناسان به ظاهر بخش‌بندی شده بدن بندپایان اشاره می‌کردند و این بخش‌بندی‌ها را به سر نیز تعمیم می‌دادند. و سر را امتداد قدامی بدن بخش‌بندی شده این موجودات می‌دانستند.»

استراوسفلد می‌گوید: «اماCardiodictyon نشان می‌دهد که سر و همچنین مغز آنها به عنوان قطعه‌ای در امتداد بدن آنها نبوده، و این نشان می‌دهد که مغز و سیستم عصبی بدنه آنها احتمالا به طور جداگانه تکامل یافته‌اند.»

مغزها فسیل می‌شوند

Cardiodictyon بخشی از جانداران شهر چنگ جیانگ(Chengjiang) بودند، ذخیره‌گاه معروفی از فسیل ها در استان یوننان که توسط دیرینه‌شناس شیان‌گوآنگ هو کشف شدند. بدن نرم و ظریف لوبوپودیان‌ها به خوبی در فسیل‌ها حفظ شده‌اند، اما به غیر از Cardiodictyon سر و مغز هیچ کدام از آنها مورد بررسی قرار نگرفته‌اند، و احتمالا علت آن این است که لوبوپودیان‌ها عموما کوچک هستند. برجسته‌ترین بخش بدن Cardiodictyon مجموعه‌ای از سازه‌های مثلثی و به شکل زین اسب بود که هر بخش را کاملا مشخص می‌کرد و به‌عنوان نقطه اتصال برای هر جفت پا عمل می‌کرد. این فسیل‌ها در صخره‌های قدیمی‌تری پیدا شده‌اند که قدمت آنها به دوران کامبرین(یکی از دوره‌های زمین‌شناسی در دوران دیرینه‌زیستی) بر می‌گردد.

به گفته استراوسفلد: « این جریان به ما می‌گوید که لوبوپودی‌های زره‌دار احتمالا از اولین بندپایان بوده‌اند». حتی قبل از تریلوبیت‌ها(trilobites )، گروه متنوعی از بندپایان دریایی زندگی می‌کردند که حدود ۲۵۰ میلیون سال پیش منقرض شده‌اند.»

هیرث می‌گوید: تا همین اواخر، این تفکر رایج بود که «مغزها فسیل نمی‌شوند». بنابراین اولا انتظار ندارید که فسیلی پیدا کنید که مغز آن حفظ شده باشد. و دوم اینکه این حیوان آنقدر کوچک است که حتی جرات نمی‌کنید به امید یافتن مغز به آن نگاه کنید.

با این حال، با کاری که در ۱۰ سال گذشته و بیشتر آن توسط استراوسفلد انجام شده است، تعدادی از مغزهای حفظ شده در انواع فسیل‌های بندپایان شناسایی شده‌اند.

یک طرح پایه ژنتیکی مشترک برای ساختن مغز

نویسندگان این مقاله، در مطالعه جدید خود نه تنها توانستند مغز Cardiodictyon را شناسایی کنند، بلکه آن را با مغز فسیل‌های شناخته شده و بندپایان زنده از جمله عنکبوت‌ها و صدپاها مقایسه کرده‌اند. با ترکیب مطالعات تشریحی دقیق از فسیل‌های لوبوپودین و با تجزیه و تحلیل الگوهای ژنتیکی در فرزندان زنده این موجودات، آنها به این نتیجه رسیدند که از دوران کامبرین تا به امروز یک طرح مشترک از سازماندهی مغزی در آنها حفظ شده است.

هیرث می‌گوید:« با مقایسه الگوهای ژنتیکی شناخته شده در گونه‌های زنده، ما به یک طرح ثابت مشترک در همه مغزها و نحوه تشکیل آنها رسیدیم»

در Cardiodictyon نیز سه حوزه مغزی وجود دارد. هیرث در این‌باره افزود:« ما متوجه شدیم که بدون در نظر گرفتن گونه‌ این موجودات، هر حوزه از مغز و ویژگی‌های مربوط به آن، توسط ژن‌های ترکیبی یکسانی مشخص می‌شوند. این موضوع یک طرح پایه ژنتیکی مشترک برای ساختن مغز را پیش روی ما قرار می‌دهد.»

درس‌هایی در مورد تکامل مغز مهره‌داران

هیرث و استراوسفلد می‌گویند اصولی که در مطالعه آنها به آن پرداخته شده است احتمالا در مورد سایر موجودات به غیر از بندپایان و هم‌خانواده‌های نزدیک آنها نیز صدق خواهد کرد. آنها می‌گویند این موضوع زمانی که می‌خواهیم سیستم عصبی بندپایان را با مهره‌داران که ساختار مشخصا مشابهی دارند، مقایسه کنیم مهم است؛ زیرا می‌بینیم که آنها نیز از نظر ژنتیکی دارای قسمت جلویی و میانی مغز بوده و این‌قسمتها به شکل تکامل یافته‌ای از بخش نخاعی متمایز هستند.

به گفته استراوسفلد این یافته‌ها حامل پیامی از تداوم و پیوستگی را در طول زمان ارائه می‌دهند، زمانی که سیاره به طور چشمگیری تحت تاثیر تغییرات اقلیمی در حال تغییر است.

او گفت:« زمانی که رویدادهای بزرگ زمین‌شناسی و اقلیمی در حال تغییر دادن شکل سیاره ما بودند، حیوانات دریایی ساده‌ای مانند Cardiodictyon باعث پیدایش متنوع‌ترین گروه از موجودات جهان-زمین‌پایان- شدند که نهایتا به هر زیستگاه جدیدی که روی زمین ایجاد شد راه پیدا کرده و گسترش یافتند.»