NeoFronteras

Sobre el origen del cerebro de artrópodos

Área: Paleontología — lunes, 15 de octubre de 2012

Encuentran el fósil de un artrópodo de hace 520 millones de años que en un cuerpo primitivo albergaba un cerebro moderno.

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Ilustración (no a escala) del sistema nervioso central de Fuxianhuia protensa (izquierda) y del crustáceo moderno Coenobita clypeatus (derecha). Fuente: Nicholas Strausfeld.

La Paleontología nos habla de los seres que vivieron en el pasado, de un mundo que ya no está. Nunca sabremos exactamente cómo eran esos seres y de la mayoría nunca conoceremos su existencia. Sólo fosilizan algunos de ellos y, por tanto, el registro fósil siempre está incompleto.
Incluso cuando fosilizan no siempre dejan un fósil bien conservado. Las partes duras como los dientes y los huesos tienden a fosilizar mejor que las partes blandas. Pero de vez en cuando los seres humanos (o más bien los paleontólogos) encuentran ejemplares exquisitamente conservados que han preservado estructuras de lo que antaño fueron las partes blandas de algún animal.
Hay muy pocos yacimientos que permitan el milagro de que algunas especies nos hablen bien desde el pasado distante, que nos hablen de cómo eran y, en definitiva, que nos hablen de cómo evolucionó la vida en el planeta que permitió nuestra existencia.
Ahora se ha publicado el estudio de uno de estos fósiles. Se encontró en la provincia china de Yunnan. Se trata de un artrópodo del Cámbrico al que se ha denominado Fuxianhuia protensa. El animal quedó enterrado en unos sedimentos pobres en oxígeno que impidieron la proliferación de bacterias descomponedoras.

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Fósil de Fuxianhuia protensa. En el inserto se aprecia una ampliación de la zona cerebral. Fuente: Xiaoya Ma y Nicholas Strausfeld.

En este fósil de 520 millones de años se conservan estructuras correspondientes al cerebro del animal cuando éste estaba vivo. El cerebro de esta criatura es tan complejo como el de los modernos artrópodos, lo que situaría la aparición de cerebros complejos en una época anterior a la que hasta ahora se había asumido. Al parecer ningún experto del campo esperaba encontrarse con algo así.
Este fósil de 11 cm de longitud muestra un cerebro anatómicamente complejo que nos dice que el cerebro de los artrópodos no ha cambiado mucho en 520 millones de años. Fuxianhuia protensa es un linaje de artrópodo extinto que combina un cerebro complejo con una plan corporal primitivo. Esta especie representa un “eslabón perdido” que arroja luz sobre la historia evolutiva de los artrópodos, el grupo taxonómico en el que se encuentran los insectos, arácnidos y crustáceos.
Según los investigadores implicados se trata de un descubrimiento importante que podría resolver un largo debate acerca de cómo aparecieron y evolucionaron los cerebros complejos. Hay polémica en el mundo académico sobre el origen de los insectos. Unos creen que los insectos evolucionaron a partir del ancestro que dio origen a los malacostráceos, un grupo de crustáceos que incluye a las gambas y a los cangrejos. Otros apuntan al linaje de los branquiópodos. Como la anatomía cerebral de los branquiópodos es mucho más simple que la de los malacostráceos se había considerado que a los branquiópodos como los antepasados más probables de los insectos.
Sin embargo, este descubrimiento lo cambia todo. El cerebro complejo de Fuxianhuia hace que el escenario descrito no sea probable. La forma de su cerebro es comparable a la de los modernos malacostráceos. Los autores del estudio sostienen que este fósil apoya la hipótesis que de que el cerebro de los branquiópodos evolucionó a partir de un cerebro de arquitectura compleja hasta uno con una simple en lugar de al revés.
Nicholas Strausfeld, coautor del estudio y proponente de esta hipótesis, dice que ya había pistas que indicaban que los branquiópodos no podían ser los antepasados de los insectos y que muchos de los paleontólogos esperaban encontrar algún día una prueba como la que ya se ha encontrado que apoyara esa idea.
Cuenta que se pasó cinco horas frenéticas en el microscopio de disección, y las últimas dos horas de su estancia en Yunnan se las pasó fotografiando y fotografiando. “Me di cuenta de que el cerebro realmente tenía tres neurópilos en la región óptica, lo que es un rasgo de los malacostráceos no de los branquiópodos”, añade. Los neurópilos son las porciones del cerebro de los artrópodos que sirven para recolectar y procesar la información que llega de los órganos sensoriales. Los branquiópodos sólo tienen dos neurópilos ópticos.
Los neurópilos ópticos de cada lado estuvieron probablemente conectados por fibras nerviosas según un patrón cruzado como ocurre en insectos y malacostráceos. El cerebro además estaba compuesto por tres segmentos fundidos, mientras que en los branquiópodos sólo dos segmentos están fusionados. Fuxianhuia tenía un cerebro moderno en un cuerpo primitivo.
Esta especie apoya la idea que una vez un diseño básico de cerebro aparece cambia poco a lo largo del tiempo. En su lugar los componentes periféricos como los ojos, las antenas, los apéndices y otros órganos sensoriales sufren una gran diversificación y especialización para diferentes tareas, pero se conectan a la misma circuitería básica.
“Es notable lo constante que se han mantenido los grupos de patrones del sistema nervioso durante probablemente 550 millones de años. La organización básica de la circuitería computacional que tiene que ver, por ejemplo, con el olfato parece ser la misma que la relacionada con la visión o con el tacto”, dice Strausfeld.
Algunos expertos no están sorprendidos por esta intrincada estructura pues todas las veces que un sistema visual complejo empieza a evolucionar hay una presión de selección fuerte para optimizar el sistema neuronal que la soporta.
Se necesitará encontrar cerebros igualmente bien conservados en otras especies de la época para dejar zanjado el asunto. Quizás otros artrópodos de la época que tengan planes corporales más complejos pudieran tener cerebros más complejos. Al fin y al cabo, todos ellos necesitaban un sistema nervioso sofisticado que les permitiera navegar a través del entorno complejo y peligroso en el que se habían convertidos los mares cámbricos.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

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11 Comentarios

  1. Juan Manuel:

    Sin duda conjuntar el avance de las ciencias físicas en óptica microscopía electrónica y materiales y de la propia paleontología para hacer posible esta clase de estudios, pues Fuxianhuia protensa fué descrita por vez primera por Hou Xian-guang en los años ochenta del siglo pasado. Así que han debido pasar al menos 25 años hasta esta publicación.
    En cuanto al asunto de su relación con los insectos tal vez los braquiópodos no sean sus ancestros, pero aún faltarían muchos más estudios para establecer lo propuesto en la noticia, dada la imposibilidad de hacer estudios moleculares de fósiles tan antiguos, dichos fósiles serían como una especie de balizas de reconstrucción del pasado.

    Aquí más sobre Fuxianhuia protensa
    http://www.fossilmuseum.net/Fossil_Sites/Chengjiang/Fuxianhuia-Chengjiang/Fuxianhuia-protensa.htm

    Aquí la cosa no es tan sencilla
    http://www.nature.com/nature/journal/v463/n7284/full/nature08742.html

  2. Juan Manuel:

    Si no un cerebro moderno, uno semejante; algo así como el de los antepasados del hombre lo fué al del hombre moderno.

  3. Juan Manuel:

    Corrección: en mi 1 en vez de 25 son 35 años.

  4. daniel:

    Estimado Neo:
    Debes corregir “branquiópodos” en lugar de “braquiópodos”. Branquiópodos viene a significar “pies con branquias”, o “pies-branquias” ya que tienen láminas respitatorias en los apéndices. Son crustáceos primitivos con un cerebro poco fusionado.
    Aquí los branquiópodos, el grupo de crustáceos en el que se encuentra la pulga de agua, Daphnia pulex:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Branchiopoda
    Y aquí los braquiópodos, animales marinos externamente parecidos a moluscos bivalvos, aunque no están emparentados con ellos:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Brachiopod

  5. NeoFronteras:

    Gracias Daniel. Una sutil diferencia que cambia completamente el significado. Ya está corregido.

  6. David:

    Desde el punto de vista del nihilismo, la evolución no tiene ninguna meta. También argumenta que es característico de la mente humana el convertir la simplicidad en complejidad subjetiva e interpretar dificultad en la vida donde no la hay.

    Pero realmente es esto cierto, desde un punto de vista biológico, y la evolución, no tiene ninguna meta? ¿Por que surge la evolución?

    Tampoco estoy seguro, de que la evolución sólo surge en seres vivos, ya que la Tierra, puede sufrir cambios, aunuqe no sean comparables a los que pueden sufrir los seres orgánicos. Tal como explicaba una vez Neo Fronteras, sobre los planetas calcinados ” la cantidad de dióxido de carbono libre en la atmósfera irá disminuyendo, una vez no sea repuesto más por los volcanes, y las plantas no podrán hacer más la fotosíntesis. Con la tectónica moribunda no habrá campo magnético que nos proteja de los rayos cósmicos, ni tampoco del viento solar, que podrá ya barrer nuestra atmósfera. Sin tectónica no habrá ciclos biológicos de los elementos ni el agua podrá producirse o reciclarse.”

    También documentales de divulgación, habla de que las estrellas, nacen en nubes de polvo estelares, crecen y evolucionan, y finalmente mueren, al agotar todo su combustible, se colapsan en forma de gigante roja e implosionan. Por ello cumplen con el ciclo biólógico que seguimos aquí en la Tierra, los seres vivos orgánicos, o al menos, de forma parecida o familiar.

    También explicaban en un documental, que si los dinosaurios no se hubiesen extinguido, alguna especie hubiese evolucionado hacia una forma humanoide, muy similar a la nuestra, y serían tan inteligente como lo somos nosotros. En otro explicaban que otras especies animales, podrían desarrollar un nivel de inteligencia mayor que en la actualidad, como se especulaba que podrían llegar a tener los calamares, cefalópodos marinos, que podrían adaptarse a vivir en tierra firme y desplazarse sobre ella, respirar aire y vivir en zonas altas, como árboles, asalvo de depredadores. Otros hablan de que incluso los insectos podrían alcanzar capacidades intelectuales similares a éstos últimos. Cuanto menos es una posibilidad sorprendente… es tal y como describe la Ciencia ficción a los extraterrestres, que habitan en otros mundos.

    Por otra parte, la vida basada en silicio, no parece probable, pero quizás pueda surgir si el Si forma compuestos con otros elementos. Aunuqe quizás también otros composiciones donde entren otros elementos diferentes al C y Si, puedan servir de base, no se.

  7. tomás:

    Estimado David:
    La evolución no tiene meta desde ningún punto de vista, a no ser que a “ningún” le llames “nihil”.
    Preguntas por qué surge la evolución. Si te refieres a evolución en general, como a veces lo haces en tu 6, pues porque existe el movimiento y el movimiento es cambio y el cambio es evolución. Si lo haces pensando en los seres vivos, la cosa parece clara una vez aceptado lo que digo anteriormente. Si se da el cambio, el ser ha de adaptarse a él y para ello precisa modificarse con el entorno en una interrelación que conlleva a una coevolución.
    Como dices, sin tectónica las cosas se pondrán difíciles. Pero hay que admitir que nuestro planeta no va a ser eterno, ni tampoco el Sol, así que…
    Las estrellas de tu párrafo 4, no tienen un ciclo biologico. Llámale estelar si quieres, pero no biológico.
    Sin embargo es posible que los “dinos” -para los amigos- hubiesen llegado a algún tipo de inteligencia, pero no sabemos en qué dirección. Sí conocemos las capacidades de algunas aves, sus descendientes actuales quizá más directos. Ayer vi, sólo de refilón un documental en el que un cuervo doblaba el extremo de una varilla para coger una oruga que estaba dentro de un tubo de cristal. Es decir, que construía una herramienta. También hace tiempo leí que eran capaces de contar hasta ocho o doce, no puedo recordar exactamente. En cuanto a los cefalópodos tienen muchos números en la lotería de la inteligencia, pero sufren un grave inconveniente: que yo sepa ninguna de sus especies es capaz de transmitir cultura a sus descendientes porque el padre se limita a fecundar y la madre muere al no alimentarse en su afán de oxigenar sus huevos hasta que eclosionan. No sé si habrá alguna excepción, que lo dudo.
    A los insectos se lo imagino difícil porque el cerebro nteligente precisa de un tamaño y este les está restringido por su sistema respiratorio.
    De la ciencia ficción, pues eso, es ficción y nada más.
    En cuanto al silicio, no sé si en un mundo donde abunden otros elementos distintos de los que son frecuentes en el nuestro podría podría dar algo de sí. Eso es cosa de la imaginación, me temo que incognoscible.
    Tu mayor acierto, al que me sumo es ese final: “no sé”
    Saludos cordiales.

  8. Miguel Ángel:

    Estimado David:

    Quisiera ampliar un poco la información que te ha dado tomás en respuesta a tur pregunta “si la evolución no tiene meta ¿por qué surge la evolución?”:

    Que la evolución no tiene meta es algo aceptado por la inmensa mayoría de teóricos de la evolución, pero con algunas matizaciones: mientras algunos como Stephen Jay Gould defienden a capa y espada que la evolución carece de sentido, meta o direccionalidad alguna, hay otros como Dawkins que si que admiten una cierta direccionalidad hacia la complejidad.
    Si consideramos la postura de Gould las nuevas soluciones evolutivas que resultan exitosas aparecen por pura suerte, es decir, con la evolución se ensayan infinidad de cambios de modo totalmente ciego y aleatorio y la mayoría de estos cambios no aportan ninguna mejora o incluso son negativos. Sólo ocasionalmente se produce algún cambio que representa alguna ventaja para la especie y resulta exitoso. Un buen ejemplo son las mutaciones, que sólo acaban en algún tipo de mejora en un 0.1% de los casos, por ejemplo: si aplicamos radiación a un ser vivo se producirán mutaciones inducidasd por esta radiación que pueden desembocar en que parezcan individuos con dos cabezas o con ojos o extremidades supranumerarios, lo cual no tiene por qué representar ninguna mejora. La radiación también puede provocar mutaciones que provoquen la esterilidad del individuo o tumores malignos.
    Así pues las mutaciones no suponen mejoras en un 99.9% de los casos, sólo en un 0.1% suena la flauta por casualidad.

    Pero las mutaciones no son el único mecanismo de innovación con que cuenta la evolución: hay muchos otros, por ejemplo la supresión de material genético, la recombinación de genes o la adquisición del genoma completo de otra especie que se produce en las endosimbiosis.
    (sigo)

  9. Miguel Ángel:

    Para intentar contestar a ¿por qué surge la evolución? debemos empezar por admitir que desconocemos los primeros pasos de la vida ya que no hay registro fósil de estas etapas iniciales.

    Hay una hipótesis que sostiene que hubo un mundo de ARN previo a la vida tal cual la conocemos, y anteriormente a este mundo de ARN pudo haber un mundo de compuesto biológicos más simples, pero con capacidad de replicarse y seguramente cierta capacidad enzimática.
    Si partimos de este mundo pre-ARN, las mencionadas moléculas biológicas con capacidad de replicación estarían disputando la misma batalla que libramos los seres vivos actuales: una batalla por los recursos y la energía, de modo que aquellas moléculas con más capacidad de replicación y mínimas necesidades energéticas irían ganando la batalla a las otras.

    EL Universo en general, y la vida también, funcionan siguiendo la segunda ley de la termodinámica de tal manera que para que existan seres vivos con un alto grado de orden, estos seres necesitan aumentar el desorden del entorno. Por ejemplo: para mantener tus funciones vitales, David, necesitas consumir proteínas, glúcidos y grasas que tienen un alto grado de orden, es decir, poca entropía, al comértelos, los digieres y se dividen en compuesto más simples que finalmente entran en la célula que los acaba convirtiendo en glucosa y merced al ciclo de Krebs acaban produciendo energía y originando como productos de deshecho CO2 y agua. El CO2 y el agua son compuestos con mucho menos orden que los mencionados glúcidos, grasas y proteínas, es decir, tienen mucha más entropía, por tanto ha aumentado el desorden del entorno a costa de que tú mantengas tu orden.
    Pues bien, los seres vivos tienden a utilizar un “mínimo local de energía” para ser lo más eficientes posible. Si las condiciones del medio ambiente cambian, también cambia el punto de mínima energía y las nuevas especies que estén más cerca del nuevo mínimo serán las que tengan más posibilidades de sobrevivir y reproducirse.

    En resumen, la evolución surge porque el material genético de cualquier ser vivo tiene capacidad de cambio (mutaciones, recombinación genética, adquisición de genomas…) y el medio ambiente también es cambiante. Los cambios que sitúen al nuevo organismo en el mínimo local de energía resultan más exitosos.

    Abrazos

  10. David:

    Esto de la segunda ley de la termodinámica, en la que cogen un compuesto que tienen un alto grado de orden, y lo descomponen en otros más sencillos, en cierta forma, lo hacen también los motore térmicos de combustion, que componen los modernos vehiculos autopropulsados o automotrices. La energía que extraen de la combustion de un carburante, lo convierten en energía cinética, que mueven las válbulas que componen el motor de combustión térmica, y todos ellos, el árbol de levas.

  11. tomás:

    Gracias, amigo Miguel Ángel por mejorar tanto mi explicación.

    Estimado David: Creo que tienes razón en tu comentario, sólo que esa energía cinética es para el movimiento del conjunto, lo que no quita que una parte se emplee en mover válvulas, ruedas dentadas, pistones, etc., es decir que haya de gastarse una parte de la energía del combustible en rozamientos que provocan una pérdida de rendimiento y la degradación máxima de la energía suministrada por el combustible a calor.
    Saludos cordiales.

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