Apakah buku teks sains salah? Fosil Berusia 525 Juta Tahun Menantang Penjelasan Umum tentang Evolusi Otak

Fosil makhluk laut mungil dengan sistem saraf yang terpelihara dengan baik memecahkan perdebatan selama seabad tentang evolusi otak pada arthropoda, kelompok yang paling kaya spesies di kerajaan hewan, menurut sebuah studi baru.

Fosil makhluk laut kecil yang mati lebih dari setengah miliar tahun yang lalu dapat memaksa buku teks sains untuk menulis ulang evolusi otak.

Sebuah studi baru memberikan deskripsi rinci pertama tentang Cardiodictyon cattenulum, hewan mirip cacing yang diawetkan di bebatuan provinsi Yunnan di Tiongkok selatan. Berukuran hanya setengah inci (kurang dari 1,5 sentimeter) panjang dan awalnya ditemukan pada tahun 1984, fosil tersebut sampai sekarang menyembunyikan rahasia penting: sistem saraf yang terpelihara dengan baik, termasuk otak. Diterbitkan di jurnal Sains pada 24 November, penelitian tersebut dipimpin oleh Nicholas Strausfeld, Regent Professor di Departemen Ilmu Saraf di Universitas Arizona, dan Frank Hirth, Pembaca Ilmu Saraf Evolusioner di King’s College London.

“Sepengetahuan kami, ini adalah fosil otak tertua yang kami ketahui hingga saat ini,” kata Strausfeld.

cardiodictyon termasuk dalam kelompok hewan punah yang dikenal sebagai lobopoda lapis baja, yang melimpah pada awal periode yang dikenal sebagai Kambrium, ketika hampir semua garis keturunan hewan utama muncul dalam periode yang sangat singkat antara 540 juta dan 500 juta tahun. Lobopod mungkin bergerak melintasi dasar laut menggunakan beberapa pasang kaki gemuk dan lembut yang tidak memiliki persendian keturunannya, euarthropoda – bahasa Yunani untuk “kaki bersendi sejati”. Kerabat terdekat lobopods yang masih hidup saat ini adalah cacing beludru yang hidup terutama di Australia, Selandia Baru, dan Amerika Selatan.

Catenulum Cardiodictyon yang membatu ditemukan pada tahun 1984 di antara kumpulan beragam makhluk punah yang dikenal sebagai fauna Chengjian di Yunnan, Cina. Di foto ini, kepala hewan ada di sebelah kanan. Kredit: Nicholas Strausfeld/Universitas Arizona

Perdebatan yang dimulai pada tahun 1800-an

Fosil dari cardiodictyon mengungkapkan hewan dengan batang tersegmentasi di mana terdapat susunan berulang dari struktur saraf yang disebut ganglia. Ini sangat kontras dengan kepala dan otaknya, yang keduanya tidak memiliki bukti segmentasi.

“Anatomi ini benar-benar tak terduga karena kepala dan otak arthropoda modern, dan beberapa nenek moyang fosil mereka, telah dianggap tersegmentasi selama lebih dari seratus tahun,” kata Strausfeld.

Menurut penulis, penemuan ini menyelesaikan perdebatan panjang dan panas mengenai asal dan komposisi kepala pada arthropoda, kelompok paling kaya spesies di dunia hewan. Arthropoda termasuk serangga, krustasea, laba-laba, dan arakhnida lainnya, serta garis keturunan lainnya seperti kelabang dan kelabang.

“Dari tahun 1880-an, para ahli biologi mencatat penampilan batang arthropoda yang khas tersegmentasi dengan jelas, dan pada dasarnya mengekstrapolasinya ke kepala,” kata Hirth. “Begitulah cara lapangan berasumsi bahwa kepala adalah perpanjangan anterior dari batang yang tersegmentasi.”

“Tetapi cardiodictyon menunjukkan bahwa kepala primitif tidak tersegmentasi, begitu pula otaknya, menunjukkan bahwa otak dan sistem saraf tubuh kemungkinan besar berevolusi secara terpisah,” kata Strausfeld.

Fosil kepala Cardiodictyon cattenulum (bagian anterior ada di kanan). Endapan berwarna magenta menandai struktur otak yang membatu. Kredit: Nicholas Strausfeld

otak menjadi fosil

cardiodictyon adalah bagian dari fauna Chengjiang, sebuah situs fosil terkenal di provinsi Yunnan yang ditemukan oleh ahli paleontologi Xianguang Hou. Tubuh lobopoda yang lembut dan halus telah terawetkan dengan baik dalam catatan fosil, tetapi terpisah cardiodictyon tidak ada yang diperiksa kepala dan otaknya, mungkin karena lobopoda biasanya berukuran kecil. Bagian terpenting dari cardiodictyon adalah serangkaian struktur seperti sadel segitiga yang menentukan setiap segmen dan berfungsi sebagai titik perlekatan untuk sepasang kaki. Ini telah ditemukan di bebatuan yang lebih tua yang berasal dari munculnya Kambrium.

“Ini memberi tahu kita bahwa lobopoda lapis baja mungkin merupakan arthropoda pertama,” kata Strausfeld, bahkan sebelum trilobita, kelompok artropoda laut ikonik dan beragam yang punah sekitar 250 juta tahun lalu.

“Sampai baru-baru ini, pemahaman umum adalah bahwa ‘otak tidak memfosil,'” kata Hirth. “Jadi Anda tidak akan berharap menemukan fosil dengan otak yang diawetkan. Dan, kedua, hewan ini sangat kecil sehingga Anda bahkan tidak berani melihatnya dengan harapan menemukan otak.

Namun, pekerjaan selama 10 tahun terakhir, sebagian besar oleh Strausfeld, telah mengidentifikasi beberapa contoh otak yang diawetkan dalam berbagai fosil arthropoda.

Cetak biru genetik umum untuk membuat otak

Dalam studi baru mereka, penulis tidak hanya mengidentifikasi otak cardiodictyon tetapi juga dibandingkan dengan fosil yang diketahui dan artropoda hidup, termasuk laba-laba dan kelabang. Dengan menggabungkan studi anatomi terperinci dari fosil lobopod dengan analisis pola ekspresi gen pada keturunannya yang masih hidup, mereka menyimpulkan bahwa pola umum organisasi otak telah dipertahankan dari Kambrium hingga saat ini.

“Dengan membandingkan pola ekspresi gen yang diketahui pada spesies hidup,” kata Hirth, “kami telah mengidentifikasi tanda umum dari semua otak dan bagaimana mereka terbentuk.”

Di cardiodictyontiga domain otak masing-masing dikaitkan dengan sepasang pelengkap cephalic yang khas dan salah satu dari tiga bagian sistem pencernaan anterior.

“Kami menyadari bahwa setiap domain otak dan ciri-cirinya ditentukan oleh gabungan gen yang sama, terlepas dari spesies yang kami teliti,” tambah Hirth. “Itu menyarankan cetak biru genetik umum untuk membuat otak.”

Pelajaran untuk Evolusi Otak Vertebrata

Hirth dan Strausfeld mengatakan prinsip-prinsip yang digariskan dalam penelitian mereka mungkin berlaku untuk makhluk lain selain artropoda dan kerabat dekat mereka. Ini memiliki implikasi penting ketika membandingkan sistem saraf arthropoda dengan vertebrata, yang menunjukkan arsitektur berbeda yang serupa di mana otak depan dan otak tengah secara genetik dan perkembangan berbeda dari sumsum tulang belakang, kata mereka.

Strausfeld mengatakan temuan mereka juga menawarkan pesan kontinuitas pada saat planet ini berubah secara dramatis di bawah pengaruh perubahan iklim.

“Pada saat peristiwa geologis dan iklim besar sedang membentuk kembali planet ini, hewan laut sederhana seperti cardiodictyon memunculkan kelompok organisme paling beragam di dunia – euarthropoda – yang akhirnya menyebar ke semua habitat yang muncul di Bumi, tetapi sekarang terancam oleh spesies kita yang berumur pendek.

Referensi: “Lobopodian Kambrium Bawah cardiodictyon Menyelesaikan Asal Usul Otak Euarthropod” oleh Nicholas J. Strausfeld, Xianguang Hou, Marcel E. Sayre, dan Frank Hirth, 24 November 2022, Sains.
DOI: 10.1126/science.abn6264

Artikel ini ditulis bersama oleh Xianguang Hou dari Laboratorium Kunci Yunnan untuk Paleontologi di Universitas Yunnan di Kunming, China, dan Marcel Sayre, yang memiliki janji temu di Universitas Lund di Lund, Swedia, dan di Departemen Ilmu Biologi di Universitas Macquarie di Sydney .

Pendanaan untuk pekerjaan ini disediakan oleh National Science Foundation, University of Arizona Regents Fund dan Dewan Riset Bioteknologi dan Ilmu Biologi Inggris.