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Un fósil de Cardiodictyon catenulum de hace 525 millones de años desafía la explicación de los libros de texto sobre la evolución del cerebro.

Nuestra sociedad contemporánea divide los saberes entre «humanidades» y «ciencias». Esta división olvida que el gran motor de la ciencia es saber sobre el ser humano, de dónde venimos y adónde vamos. Eso incluye el estudio de nuestro cerebro, que es el órgano que nos hace humanos.

Pero saber el origen de este órgano no es fácil, pues nos tenemos que remontar a hace más de 500 millones de años, cuando aparecieron los primeros animales complejos. Ahora, los fósiles de una pequeña criatura marina de esa época pueden obligar a reescribir los libros de texto sobre cómo apareció por evolución el cerebro.

Un estudio reciente dirigido por Nicholas Strausfeld (Universidad de Arizona) y Frank Hirth (King’s College de Londres) proporciona la primera descripción detallada de Cardiodictyon catenulum, un animal con forma de gusano preservado en rocas en la provincia china de Yunnan. Con apenas 1,5 centímetros de largo y descubierto inicialmente en 1984, el fósil había ocultado un secreto crucial hasta ahora: un sistema nervioso delicadamente conservado que incluía un cerebro.

«Hasta donde sabemos, este es el cerebro fosilizado más antiguo que conocemos hasta ahora», dice Strausfeld.

Cardiodictyon pertenecía a un grupo extinto de animales conocidos como lobopodios acorazados, que abundaban al principio de un período Cámbrico, cuando prácticamente todos los linajes de animales principales aparecieron en un tiempo extremadamente corto: la famosa explosión del Cámbrico de hace entre 540 y 500 millones de años. Los lobopodianos probablemente se movían en el fondo del mar usando múltiples pares de patas suaves y rechonchas que carecían de las articulaciones de sus descendientes: los euartrópodos («pie articulado real» en griego). Los parientes vivos más cercanos de los lobopodios en la actualidad son los gusanos de terciopelo que viven principalmente en Australia, Nueva Zelanda y América del Sur.

Los fósiles de Cardiodictyon revelan 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 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», dice 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 típica de los artrópodos y, básicamente, lo extrapolaron a la cabeza. Así, se llegó a suponer que la cabeza era una prolongación anterior de un tronco segmentado», dice Hirth.

«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», añade Strausfeld.

Cardiodictyon era parte de la fauna de Chengjiang, un famoso depósito de fósiles en la provincia china de Yunnan descubierto por el paleontólogo Xianguang Hou. Los cuerpos blandos y delicados de los lobopodios se han conservado bien en el registro fósil, pero aparte de Cardiodictyon, ninguno ha sido examinado en busca de cabeza y cerebro, posiblemente porque los lobopodios son generalmente pequeños.

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 pares de piernas. Estos se habían encontrado en rocas aún más antiguas que datan del advenimiento del Cámbrico.

Strausfeld señala que eso nos dice que los lobopodios acorazados podrían haber sido los primeros artrópodos, anteriores 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, se suponía que los cerebros no se fosilizaban. Entonces, en primer lugar, no se esperaría encontrar un fósil con un cerebro preservado. Y, en segundo lugar, este animal es tan pequeño que ni siquiera se atreverían a mirarlo con la esperanza de encontrar un cerebro», añade Hirth. 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.

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. Combinando estudios anatómicos detallados de los fósiles de lobopodios con análisis de patrones de expresión génica en sus descendientes vivos, concluyen que se ha mantenido un patrón compartido de organización cerebral desde el Cámbrico hasta hoy.

Estos investigadores identificaron una firma común de todos los cerebros y cómo se forman al comparar patrones de expresión genética conocidos en especies vivas.

En Cardiodictyon hay tres dominios cerebrales que están asociados cada uno con un par característico de apéndices de la cabeza y con una de las tres partes del aparato 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. Esto sugiere un plan básico genético común para hacer un cerebro», agrea Hirth.

Hirth y Strausfeld dicen que los principios descritos en su estudio probablemente se apliquen a otras criaturas fuera 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 similar en la que el prosencéfalo y el mesencéfalo son genética y evolutivamente distintos de la médula espinal.

Sostienen que sus hallazgos también ofrecen un mensaje de continuidad en un momento en que el planeta está cambiando drásticamente bajo la influencia de los cambios climáticos.

«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 emergentes de la Tierra, pero que ahora están siendo amenazados por nuestra propia efímera especie», finaliza Strausfeld.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo original.
Ilustración: Nicholas Strausfeld/Universidad de Arizona.
Foto: Nicholas Strausfeld.