Yeni bir çalışma, hayvanlar aleminin en fazla tür çeşitliliğine sahip grubu olan eklembacaklılarda beynin nasıl geliştiği sorusunun yanıtını bulduğunu iddia ediyor. Bu soru, sinir sistemi dikkatle korunmuş küçük bir deniz canlısının kalıntıları sayesinde bir yüzyıldan fazla bir süredir tartışılıyordu.
Yarım milyar yıldan daha uzun bir süre önce yok olan küçük bir deniz canlısının fosilleri ışığında, bilim ders kitaplarında beynin nasıl ortaya çıktığının yeniden düşünülmesi gerekebilir.
Yeni bir çalışma, Çin’in güneyindeki Yunnan eyaletinde kayalarda korunmuş olarak bulunan solucan benzeri bir canlı olan Cardiodictyon catenulum’un ilk kapsamlı tanımını sunuyor. Boyu 1,5 santimetreden kısa olan ve ilk kez 1984 yılında ortaya çıkarılan fosil, bu zamana kadar gizli tutulan, beyin de dahil olmak üzere hassas bir şekilde korunmuş bir nörolojik sisteme sahip.
Çalışmanın baş araştırmacıları Arizona Üniversitesi Sinirbilim Bölümü’nde Regents Profesörü olan Nicholas Strausfeld ve King’s College London’da evrimsel sinirbilim alanında okuyucu olan Frank Hirth’dir. Çalışma 24 Kasım’da Science dergisinde yayımlandı.
Strausfeld’e göre “bu, bugüne kadar bildiğimiz en eski fosilleşmiş beyin.”
Cardiodictyon, neredeyse tüm büyük hayvan soylarının çok kısa bir süre içinde ortaya çıktığı Kambriyen döneminin başlarında, 540 milyon ila 500 milyon yıl önce yaygın olan ve zırhlı lobopodianlar olarak bilinen soyu tükenmiş hayvan grubuna aittir. Ataları olan euarthropodların (“gerçek eklemli ayak” anlamına gelen Yunanca) eklemlerinden yoksun olan birden fazla çift yumuşak, güdük bacak, muhtemelen lobopodların deniz tabanında nasıl yürüdüklerini açıklamaktadır. Başlıca Avustralya, Yeni Zelanda ve Güney Amerika’da bulunan kadife solucanlar, günümüzde lobopodianların yaşayan en yakın kuzenleridir.
1800’lere kadar uzanan bir anlaşmazlık
Cardiodictyon fosilleri, segmentli bir gövdeye ve ganglia adı verilen sinir hücrelerinin tekrarlayan dizilerine sahip bir hayvanı göstermektedir. Bu durum, her ikisi de segmentasyon belirtisi göstermeyen kafatası ve beyniyle keskin bir tezat oluşturmaktadır.
Strausfeld, modern eklembacaklıların ve fosilleşmiş akrabalarının bazılarının kafaları ve beyinleri bir yüzyıldan uzun bir süredir segmentli olarak düşünüldüğü için, “Bu anatomi tamamen beklenmedikti” dedi.
Yazarlara göre bu keşif, en fazla tür çeşitliliğine sahip hayvanlar alemi grubu olan eklembacaklılarda başın kökeni ve yapısına ilişkin uzun süren ve tartışmalı bir tartışmayı çözüme kavuşturuyor. Böcekler, kabuklular, örümcekler ve diğer eklembacaklılar, kırkayaklar ve çıyanlar gibi diğer bazı soylarla birlikte eklembacaklılar olarak kabul edilir.
Hirth’e göre biyologlar 1880’lerde eklembacaklıların belirgin bir şekilde bölümlere ayrılmış gövdesini gözlemlemeye başladılar ve bunu esasen başa yansıttılar. Başın segmentli bir gövdenin ön uzantısı olduğu teorisi bu şekilde geliştirilmiştir.
Ancak Strausfeld’e göre Cardiodictyon, ne erken başın beyninin ne de segmentlerinin böyle olmadığını, yani beyin ve gövde sinir sisteminin büyük olasılıkla bağımsız olarak geliştiğini gösteriyor.
Beyinler Bosilleşebilir
Cardiodictyon, Yunnan Eyaleti’nde doğa bilimci Xianguang Hou’nun ortaya çıkardığı tanınmış bir fosil alanı olan Chengjiang faunasının bir üyesiydi. Cardiodictyon haricindeki lobopodianlar yumuşak ve kırılgan vücutlara sahip olmalarına rağmen, belki de tipik olarak küçük oldukları için fosil kayıtlarında kafaları ve beyinleri yakından incelenmemiştir. Cardiodictyon’un en dikkat çekici özellikleri, her bir segmenti birbirinden ayıran ve bacak çiftleri için bağlantı yerleri olarak işlev gören bir dizi üçgen, eyer şeklindeki yapılardır. Bunlar Kambriyen dönemine kadar uzanan daha da eski kayalarda keşfedilmiştir.
Strausfeld’e göre bu, zırhlı lobopodianların, yaklaşık 250 milyon yıl önce nesli tükenmiş olan trilobitler olarak bilinen ünlü ve çeşitli deniz eklembacaklıları grubundan bile önce gelen ilk eklembacaklılar olabileceğini gösteriyor.
Hirth’e göre, yakın zamana kadar “beyinler fosilleşmez” şeklinde bir genel kabul vardı. “Bu nedenle, başlangıçta korunmuş bir beyne sahip bir fosil bulmayı beklemezsiniz. Ayrıca, ne kadar küçük olduğu için bir beyin keşfetme umuduyla bu yaratığa bakmaya bile cesaret edemezsiniz.
Son on yılda, çoğu Strausfeld tarafından yürütülen çeşitli fosilleşmiş eklembacaklılarda çok sayıda sağlam beyin vakasının keşfi, bu araştırmanın bir sonucudur.
Beynin gelişimi için tek bir genetik plan
Yeni çalışmanın yazarları sadece Cardiodictyon’un beynini tanımlamakla kalmadı, aynı zamanda onu bilinen fosillerin ve örümcekler ve kırkayaklar gibi çağdaş eklembacaklıların beyinleriyle de karşılaştırdı. Araştırmacılar, lobopodian fosillerinin derinlemesine anatomik çalışmaları ile yaşayan torunlarındaki gen ifade kalıplarının analizini birleştirerek, Kambriyen’den günümüze ortak bir beyin organizasyonu planının korunduğu sonucuna vardılar.
Hirth, “Tüm beyinlerin ortak bir özelliğini ve nasıl geliştiklerini belirledik” dedi. “Canlı türlerdeki bilinen gen ifade kalıplarını karşılaştırarak.”
Ön sindirim sisteminin üç bölümünden her biri ve üç farklı baş eklentisi çiftinden biri, Cardiodictyon’daki üç beyin alanından birine bağlıdır.
Hirth sözlerine şöyle devam etti: “İncelediğimiz türlerden bağımsız olarak, her bir beyin alanının ve ona eşlik eden özelliklerin aynı gen seti tarafından belirlendiğini fark ettik.” Bu da “bir beynin gelişimi için ortak bir genetik çerçeveye işaret ediyordu.”
Hirth ve Strausfeld’e göre, eklembacaklılar ve yakın akrabalarının yanı sıra, diğer organizmalar da çalışmalarında sunulan teorilerden etkilenebilir. Ön beyin ve orta beynin genetik ve gelişimsel olarak omurilikten farklı olduğu benzer bir tasarıma sahip olan eklembacaklıların ve omurgalıların sinir sistemlerini karşılaştırdıklarında, bunun önemli sonuçları olduğunu eklediler.
Strausfeld, iklim değişiklikleri nedeniyle yerkürenin büyük ölçüde değiştiği bir dönemde, bulgularının aynı zamanda bir süreklilik mesajı da sunduğunu söyledi.
Cardiodictyon gibi basit deniz hayvanları, önemli jeolojik ve iklimsel süreçlerin yerküreyi dönüştürdüğü bir dönemde, dünyadaki en çeşitli organizma grubu olan euarthropodların ortaya çıkmasına neden olmuştur. Ancak, bu euarthropodlar şimdi kendi geçici türlerimiz tarafından tehdit edilmektedir.
Kaynak: “The Lower Cambrian Lobopodian Cardiodictyon Resolves the Origin of Euarthropod Brains” by Nicholas J. Strausfeld, Xianguang Hou, Marcel E. Sayre and Frank Hirth, 24 November 2022, Science.
DOI: 10.1126/science.abn6264
