Il fossile di una minuscola creatura marina stravolge tutte le tesi sull’evoluzione del cervello

Viveva 525 milioni di anni fa e il suo sistema nervoso delicatamente preservato potrebbe risolvere un dibattito secolare su come si è evoluto il cervello negli artropodi

[2 Dicembre 2022]

Secondo lo studio “The lower Cambrian lobopodian Cardiodictyon resolves the origin of euarthropod brains”, pubblicato recentemente su Science  da un team di ricercatori internazionali guidato dai neuroscienziati  Nicholas Strausfeld. dell’università dell’Arizona e da Frank Hirth, del King’s College di Londra, i fossili di una minuscola creatura marina morta più di mezzo miliardo di anni fa potrebbero costringerci a riscrivere i libri di testo scientifici su come si è evoluto il cervello.

Infatti, lo studio fornisce la prima descrizione dettagliata del Cardiodictyon catenulum, un animale simile a un verme che è stato ritrovato perfettamente conservato nelle rocce nella provincia meridionale cinese dello Yunnan. Un essere minuscolo lungo meno di 1,5 centimetri e che era stato in realtà scoperto nel 1984, anche se nessuno si era accorto per  38 anni che costudiva un prezioso segreto scientifico: un sistema nervoso delicatamente conservato, compreso un cervello. Strausfeld sottolinea che «A nostra conoscenza, questo è il più antico cervello fossilizzato che conosciamo, finora»

Cardiodictyon apparteneva ai lobopodi corazzati, un gruppo estinto di animali che erano abbondanti all’inizio del Cambriano, quando praticamente tutti i principali lignaggi animali fecero la loro comparsa in un tempo estremamente breve: tra 540 milioni e 500 milioni di anni fa.  All’università dell’Arizona spiegano che «I lobopodi probabilmente si spostavano sul fondo del mare usando diverse paia di gambe morbide e tozze che mancavano delle articolazioni dei loro discendenti, gli euartropodi – in greco “vero piede articolato”. Gli odierni parenti viventi più stretti  dei lobopodi sono i vermi di velluto (Onicofori, ndr)  che vivono principalmente in Australia, Nuova Zelanda e Sud America. I fossili di Cardiodictyon, risalenti a 525 milioni di anni fa, rivelano un animale con un tronco segmentato in cui sono presenti disposizioni ripetute di strutture neurali note come gangli. Questo contrasta nettamente con la testa e il cervello, entrambi privi di qualsiasi evidenza di segmentazione».

Strausfeld  fa notare che «Questa anatomia è stata completamente inaspettata perché le teste e i cervelli dei moderni artropodi, e alcuni dei loro antenati fossilizzati, sono stati considerati segmentati per oltre 100 anni».

Secondo gli autori dello studio, «La scoperta risolve un lungo e acceso dibattito sull’origine e la composizione della testa negli artropodi», il gruppo più ricco di specie nel regno animale che include insetti, crostacei, ragni e altri aracnidi, oltre ad altri lignaggi come millepiedi e millepiedi.

Hirth  ricorda che «Dal 1880, i biologi avevano notato l’aspetto chiaramente segmentato del tronco tipico degli artropodi, e sostanzialmente lo hanno estrapolato alla testa. E’ così che il campo scientifico è arrivato a supporre che la testa sia un’estensione anteriore di un tronco segmentato Ma Cardiodictyon dimostra che la prima testa non era segmentata, né il suo cervello, il che suggerisce che il cervello e il sistema nervoso del tronco probabilmente si sono evoluti separatamente».

Il Cardiodictyon  è stato scoperto a Chengjiang, un famoso deposito di fossili cinese scoperto dal paleontologo Xianguang Hou e i ricercatori evidenziano che «I corpi morbidi e delicati dei lobopodi si sono conservati bene nella documentazione fossile, ma a parte Cardiodictyon , nessuno è stato esaminato per la testa e il cervello, forse perché i lobopodi sono generalmente piccoli. Le parti più importanti di Cardiodictyon erano una serie di strutture triangolari a forma di sella che definivano ogni segmento e servivano come punti di attacco per le paia di gambe ed erano stati trovati in rocce ancora più antiche risalenti all’inizio del Cambriano».  Strausfeld  aggiunge: «Questo ci dice che i lobopodi corazzati potrebbero essere stati i primi artropodi, anticipando persino i trilobiti, un gruppo iconico e diversificato di artropodi marini che si estinse circa 250 milioni di anni fa».

Hirth ricorda a sua volta che «Fino a poco tempo fa, la convinzione comune era che “i cervelli non si fossilizzano”, quindi non ci si aspetterebbe, primo, di trovare un fossile con un cervello conservato e, secondo, questo animale è così piccolo che non  si oserebbe nemmeno guardarlo nella speranza di trovare un cervello».

Ma grazie a un paziente lavoro svolto negli ultimi 10 anni, soprattutto da Strausfeld, ha identificato diversi casi di cervelli conservati in una varietà di artropodi fossilizzati. Nel loro nuovo studio, gli autori non solo hanno identificato il cervello di Cardiodictyon , ma lo hanno anche confrontato con quelli di fossili conosciuti e di artropodi viventi, inclusi ragni e millepiedi. Mettendo insieme dettagliati studi anatomici dei fossili lobopodi con analisi dei modelli di espressione genica nei loro discendenti viventi, i ricercatori hanno concluso che «Un progetto condiviso dell’organizzazione cerebrale è stato mantenuto dal Cambriano fino ad oggi». Hirth  spiega ancora: «Confrontando i modelli di espressione genica noti nelle specie viventi, abbiamo identificato una firma comune di tutti i cervelli e il modo in cui si formano».

Nel Cardiodictyon , tre domini cerebrali sono associati ciascuno con un caratteristico paio di appendici della testa e con una delle tre parti dell’apparato digerente anteriore. Hirth aggiunge: «Ci siamo resi conto che ogni dominio del cervello e le sue caratteristiche corrispondenti sono specificati dalla stessa combinazione di geni, indipendentemente dalla specie che abbiamo esaminato. Questo suggerisce un piano genetico comune per creare un cervello».

Hirth e Strausfeld affermano che «I principi descritti nel loro studio si applicano probabilmente ad altre creature al di fuori degli artropodi e dei loro immediati parenti. Questo ha importanti implicazioni quando si confronta il sistema nervoso degli artropodi con quello dei vertebrati, che mostrano un’architettura distinta simile in cui il proencefalo e il mesencefalo sono geneticamente ed evolutivamente distinti dal midollo spinale, hanno affermato».

Strausfeld ha concluso: «Le nostre scoperte danno anche un messaggio di continuità in un momento in cui il pianeta sta cambiando radicalmente sotto l’influenza dei cambiamenti climatici. In un momento in cui i principali eventi geologici e climatici stavano rimodellando il pianeta, semplici animali marini come Cardiodictyon hanno dato origine al gruppo di organismi più diversificato del mondo – gli euartropodi – che alla fine si sono diffusi in ogni habitat emergente sulla Terra, ma che ora stanno diventando minacciati  dalla nostra stessa effimera specie».