Fa³sseis primorosamente preservados deixados para trás por criaturas que viveram hámais de meio bilha£o de anos revelam em grande detalhe estruturas idaªnticas que os pesquisadores hámuito supaµem que devem ter contribua­do para o cérebro arqueta­pico que foi herdado por todos os artra³podes. Os artra³podes são o grupo taxona´mico de animais mais diverso e rico em espanãcies e incluem insetos, crusta¡ceos, aranhas e escorpiaµes, bem como outras linhagens menos familiares, como mila­pedes e centopeias.

Os fa³sseis, pertencentes a um artra³pode conhecido como Leanchoilia, confirmam a presença - prevista por estudos anteriores em genanãtica e biologia do desenvolvimento de embriaµes de insetos e aranhas - de um doma­nio frontal extremo do cérebro que não ésegmentado e éinvisível nos artra³podes adultos modernos. Apesar de ser invisível, esse doma­nio frontal da¡ origem a vários centros neurais cruciais no cérebro do artra³pode adulto, incluindo células-tronco que eventualmente fornecem centros envolvidos na tomada de decisaµes e na memória. Este doma­nio frontal foi hipotetizado como distinto do prosencanãfalo, mesencanãfalo e rombencanãfalo vistos em artra³podes vivos, e recebeu o nome de prosocerebrum, com "proso" significando "frente".

Descritos em um artigo publicado hoje na revista Current Biology , os fa³sseis fornecem a primeira evidência da existaªncia dessa regia£o cerebral prosocerebral discreta, que tem um legado que aparece durante o desenvolvimento embriona¡rio de artra³podes modernos, de acordo com o autor principal do artigo, Nicholas Strausfeld. , Professor Regentes de Neurociaªncia da Universidade do Arizona.

"Os fa³sseis extraordina¡rios que descrevemos são diferentes de tudo o que foi visto antes", disse Strausfeld. “Dois sistemas nervosos, já aºnicos porque são preservados de forma idaªntica, mostram que meio bilha£o de anos atrás essa regia£o cerebral mais anterior estava presente e estruturalmente distinta antes do aparecimento evolutivo dos três ga¢nglios segmentares que denotam o anterior, manãdio e posterior do cérebro. "

O termo ga¢nglio se refere a um sistema de redes formando um centro nervoso que ocorre em cada segmento do sistema nervoso de um artra³pode. Nos artra³podes vivos, os três ga¢nglios que marcam o cérebro de três partes condensaram-se para formar uma massa sãolida, obscurecendo sua origem evolutiva como estruturas segmentadas.

Descobertos em depa³sitos da formação Kaili - uma formação geola³gica na prova­ncia de Guizhou, sudoeste da China - os restos fossilizados de Leanchoilia datam do período cambriano, cerca de 508 milhões de anos atrás. Os fa³sseis de Kaili ocorrem em rochas sedimentares que apresentam altas concentrações de ferro, cuja presença provavelmente ajudou a preservar os tecidos moles, que posteriormente foram substitua­dos por depa³sitos de carbono.

"Os fa³sseis de Kaili abrem uma janela para vermos a evolução do plano corporal de animais que viveram hámais de meio bilha£o de anos", disse o primeiro autor do artigo, Tian Lan, do Centro de Pesquisa de Paleobiologia de Guizhou na Universidade de Guizhou, na China. "Pela primeira vez, sabemos agora que fa³sseis de artra³podes da formação Kaili tem o potencial de preservar o tecido neural que nos mostra o cérebro primitivo do artra³pode primitivo existente no ini­cio do mundo animal."

"Os sistemas nervosos, como outros tecidos moles, são difa­ceis de fossilizar", acrescentou o coautor Pedro Martinez, da Universitat de Barcelona e do Institut Catala¡ em Barcelona, ​​Espanha. "Isso torna o estudo da evolução inicial dos sistemas neurais uma tarefa desafiadora."

Os fa³sseis também lançaram uma nova luz sobre a origem evolutiva de dois sistemas visuais separados na evolução dos artra³podes: pares de olhos voltados para a frente ou olhos voltados para o lado, cujos descendentes ainda estãopresentes nas espanãcies que vivem hoje.

Muitos artra³podes, incluindo insetos e crusta¡ceos, tem um par bilateral distinto de olhos compostos facetados e outro par de olhos menos a³bvios - com arquitetura mais primitiva - conhecido como olhos de nauplius, ou ocelos. Eles são estruturalmente semelhantes aos olhos principais de aranhas e escorpiaµes. Esses olhos mais simples correspondem aos olhos anteriores do prosocerebrum em Leanchoilia, em linha com as evidaªncias obtidas por estudos anteriores que analisaram os padraµes de expressão gaªnica durante o desenvolvimento embriona¡rio de artra³podes vivos.

Os olhos laterais de Leanchoilia, por outro lado, relacionam-se com o protocerebrum, que éo ga¢nglio segmentar que define o prosocerebrum do artra³pode, situado logo atrás do prosocerebrum. Em artra³podes vivos, o protocerebrum fornece os olhos compostos de insetos e crusta¡ceos, ou os olhos de lente única lateral de aracna­deos, centopeias e centopeias. Os centros visuais que atendem a esses olhos também pertencem a  regia£o protocerebral do cérebro.

Strausfeld explicou que nos artra³podes vivos, o protocerebrum, ou prosencanãfalo, incorporou - de certa forma, engoliu - os centros antigos fornecidos pelo prosocerebrum, de modo que não émais discerna­vel como uma entidade anatômica distinta.

Os fa³sseis estãotão bem preservados que demonstram que, além dos olhos frontais, o prosocerebrum também deu origem a ga¢nglios associados ao la¡bio, ou "la¡bio superior" dos artra³podes modernos. Os fa³sseis também confirmam uma hipa³tese anterior sugerindo que o labrum deve ter originalmente evolua­do dos apaªndices agarradores de Radiodonta, um grupo de artra³podes-tronco que foram os principais predadores durante o período cambriano.

“Quando comparado com outro material fa³ssil semelhante pertencente a linhagens mais avana§adas, a organização do cérebro Leanchoilia demonstra que o arranjo ganglionar do cérebro inicial sofreu condensação e fusão de seus componentes, o que explica por que em espanãcies vivas o prosocerebrum não pode ser distinguido individualmente ", Disse Strausfeld.

Além de fechar uma lacuna centena¡ria na compreensão da evolução do cérebro dos artra³podes, as descobertas tem implicações importantes para a evolução inicial dos cérebros dos vertebrados, disse Strausfeld.

Embora animais simples parecidos com peixes existissem ao mesmo tempo que esses artra³podes agora fossilizados, não háfa³sseis convincentes de seus cérebros e, portanto, nem evidaªncias fa³sseis nem anatômicas de um prosocerebrum em vertebrados. Ainda assim, estudos modernos mostram que os genes que definem o cérebro anterior e posterior de, por exemplo, camundongos correspondem aos genes que definem as três divisaµes ganglionares do cérebro do artra³pode. E nos vertebrados, certos centros cruciais envolvidos na tomada de decisão e no aprendizado e memória tem algumas correspondaªncias genanãticas com os centros superiores no cérebro do artra³pode, que se originaram no antigo artra³pode prosocerebrum.

Assim, éplausa­vel que, mesmo antes do período cambriano, possivelmente mesmo antes da evolução dos planos corporais organizados por segmentos, o ancestral comum de vertebrados e invertebrados possua­a circuitos ba¡sicos para cognição e tomada de decisão simples. E embora um antigo cérebro semelhante a um prosocerebral possa ter estado presente nos ancestrais dos vertebrados, nenhum fa³ssil desse tipo sugeriu evidaªncias de um doma­nio discreto e não segmentar.

"No entanto, pode-se especular razoavelmente que os vertebrados incorporaram em seus cérebros 'modernos' partes de um cérebro antigo e não segmentado que atéagora são foi demonstrado em um artra³pode primitivo , como Leanchoilia", disse Strausfeld.