500 Milyon Yıllık Böcek Benzeri Fosillerde Sinir Sistemi Bulundu

Her biri bir aspirin hapından daha küçük olan iki minik fosil, 508 milyon yıl öncesine ait fosilleşmiş sinir dokusu içeriyor. Böcek benzeri Kambriyen yaratıklar, bilim insanlarının günümüz örümceklerinin ve akreplerinin evrimsel tarihini bir araya getirmelerine yardımcı olabilir.

Araştırmaya dâhil olmayan Arizona Üniversitesi Nörobilim bölümünden profesör Nicholas Strausfeld, “Yine de, Mollisonia smetrica türünün her iki örneği olan bu fosillerin, eklembacaklıların evrim ağacına tam olarak nasıl oturduğu net değil.” diyor.

Çünkü hayvanların gözleri ve sinir kordonları gibi bazı özellikler fosillerde net bir şekilde tespit edilebiliyor, ancak sinir sisteminin diğer kısımları bu kadar kolay tespit edilemiyor. Strausfeld, “Özellikle hayvanların synganglion adı verilen beyine benzer bir sinir demeti taşıyıp taşımadığı açık değil ve bu önemli kanıt olmadan diğer hayvanlarla ilişkileri belirsiz kalıyor.” diyor.

(İlgili: Kehribar Fosili, Hamamböcekleri Hakkında Yeni Bilgiler Veriyor)

Harvard Üniversitesi’nde omurgasız paleobiyologu ve Harvard Karşılaştırmalı Zooloji Müzesi’nin küratörü olan ilk yazar Javier Ortega-Hernández, “Synganglionun olması gereken yerde, yani kafanın ortasında bir karışıklık var.” diyor. Araştırmacılar bu karışıklığın sinir dokusu olduğunu söyleyebiliyorlar fakat tam organizasyonunu ayırt edemiyorlar.

Ortega-Hernández, “Bu hayvanın sinir sisteminin her bir karakteristiğinin haritasını çıkarmadığımız doğru, çünkü fosiller bize sadece bu kadar bilgi veriyor.” diyor.

Araştırmacılar, Nature Communications dergisinde yayımlanan yeni makalelerinde bu belirsizliği kabul ediyor ve bu fosillerin eski ve modern zaman yaratıklarıyla nasıl bir ilişkisi olduğuna dair birkaç farklı fikir sunuyor. Gelecekte daha fazla fosilleşmiş M. smetrica ortaya çıkarsa, türün evrim ağacındaki yeri sonunda çözülebilecek. 

‘Şans eseri’

Ortega-Hernández, yaklaşık 543 milyon ila 490 milyon yıl önceki Kambriyen dönemine ait fosilleşmiş sinir dokusu bulmanın “nadir” olduğunu söylüyor: “Gerçekten şans eseri.” 

Nature Communications dergisinde 2012 yılında yayımlanan bir rapora göre bilim insanları, Kambriyen dönemine ait fosilleşmiş bir eklembacaklı beyninin ilk kanıtını yaklaşık on yıl önce ortaya çıkardılar. Eklembacaklılar; örümcekler gibi modern böcekleri, kabukluları ve araknidleri içeren bir grup olan Arthropoda filumundaki omurgasız hayvanlardır. Ortega-Hernández, 10 yıl önceki bu ilk keşiften bu yana, çoğu eklembacaklı olan bir düzineden fazla Kambriyen fosilinde korunmuş sinir dokusu bulunduğunu söylüyor.

Yeni çalışmada yer alan fosiller bir saha sahasında değil, Cambridge, Massachusetts’teki Harvard Üniversitesi Karşılaştırmalı Zooloji Müzesi ve Smithsonian Enstitüsü’ndeki müze koleksiyonlarının derinliklerinde bulundu. Her iki örnek de Britanya Kolumbiyası’ndaki Orta Kambriyen Burgess Shale yataklarında keşfedildi.

Harvard fosili, en geniş noktasında yaklaşık 13 mm uzunluğunda ve 3,5 mm genişliğindeydi. Fosil, eklembacaklıya yukarıdan bakacağınız şekilde duruyordu. Smithsonian fosili ise M. smetrica’nın yandan görünüşünü sunuyordu; bu numune yalnızca 7,5 mm uzunluğunda ve 1,7 mm yüksekliğindeydi.

Ortega-Hernández, çıplak gözle hiçbir fosilin heyecan verici görünmediğini söylüyor. Özellikle küçük Smithsonian fosili ile ilgili olarak, “Yüzeysel olarak pek de dikkat çekici değil.” diyor. M. smetrica’nın basit bir dış iskeleti vardı; bir baş kalkanı, parçalı gövde ve arka kalkandan oluşan – bir şekilde bir tespih böceğinin dış iskeletine benziyordu, ancak uzun ve sıskaydı.

Araştırmacılar, eklembacaklının yedi çift küçük uzantıya, iki dişe ve altı çift küçük uzuva sahip olduğundan şüpheleniyorlar. Bu, Nature dergisinde yayımlanan ve Mollisonia cinsinde bu tür uzantılara sahip farklı bir türden bir fosili tanımlayan 2019 tarihli bir araştırmaya dayanıyor. Bununla birlikte, Ortega-Hernández, sağlam uzuvlara sahip Mollisonia fosilleri bulmanın oldukça sıra dışı olduğunu ve yeni çalışmada kullanılan her iki fosilde de uzantı bulunmadığını belirtiyor.

Ortega-Hernández, fosillerin cansız görünümüne rağmen, Smithsonian M. smetrica fosilini mikroskop altına yerleştirdiğinde ilgi çekici bir şey fark etti. “Fark ettim ki bu hayvanın içinde, bu fosilin içinde acayip bir şey var.” diyor. Bu eklembacaklıların her ikisinin de içinde göze çarpmayan iyi korunmuş sinir sistemleri olduğunu buldu. Fosilleşmiş sinirler mürekkepli siyah lekelere benziyor çünkü fosilleşme süreci dokuyu organik karbon filmlerine dönüştürmüş.

Smithsonian fosilinde, eklembacaklıların kafasında soğana benzeyen bir göz görülebilir ve alt kısmından bazı sinirlerin dışarı çıktığı bir sinir kordonunun fosilin göbeği boyunca aşağı doğru indiği açıkça görülebilir. Harvard örneğinde, kafada iki büyük küre benzeri göz ve sinir kordonunun bir kısmı, hayvanın sindirim sisteminin altından dışarı fırlıyor ve bu da kordonun geri kalanını engelliyor.

Çalışma yazarları, her iki fosilde de, eklembacaklıların gözlerinden ana gövdeye uzanan optik sinirler gördüklerini bildirdiler, ancak Strausfeld bu sinirlere ilişkin kanıtların “belirsiz” olduğunu ve ideal olarak, bu özelliklerin daha net olması gerektiğini söylüyor. Ve her iki örnekte de, yazarlar kafada bir çeşit sinir dokusu bulunduğunu kaydettiler, ancak bu yapının beyin benzeri bir sentez mi yoksa tamamen başka bir şey mi olduğu açık değildi.

Ortega-Hernández, “Orada bir şey olduğunu görebiliyoruz, ancak ‘Ah, kesinlikle şu ya da bu şekilde organize edilmiş’ diyebilecek kadar emin değiliz.” diyor.

Verilerdeki belirsizlik

Ortega-Hernández, fosil kayıtlarındaki bu belirsizliğin, M. smetrica’nın diğer hayvanlarla olan kesin ilişkisinin de belirsiz kaldığı anlamına geldiğini söylüyor. Ancak eklembacaklılarda bulunan özelliklere dayanarak, ekip iki evrim ağacı inşa etti.

Her iki ağaç da M. smetrica ve modern chelicerates’in ortak bir ataya sahip olduğunu gösteriyor. Bu, antik hayvanın nispeten basit sinir sisteminin, akrepler, örümcekler, at nalı yengeçleri ve keneler gibi bu grubun günümüz üyelerinde görülen oldukça yoğun beyinlere yol açtığını öne sürüyor. Bununla birlikte, oluşturulan evrim ağaçları, Kambriyen’den diğer önemli eklembacaklı gruplarını konumlandırdıkları yere göre farklılık gösteriyor; bunlara megacheiranlar olarak bilinenler de dahil; bu grupların modern chelicerates’e benzer sinir sistemleri vardı.

Bu durum, çeşitli grupların evrim ağaçlarında nereye oturduklarına bağlı olarak, yerleşimleri, chelicerate benzeri beyinlerin zaman içinde adım adım evrimleştiğini gösterir. Ya da bu tür sinir sistemlerinin yakınsak evrim yoluyla bazı Kambriyen eklembacaklılarında ve modern chelicerate’larda bağımsız olarak ve farklı zamanlarda evrimleştiğini gösterir.

Ortega-Hernández, eldeki verilerle Strausfeld, M. smetrica’yı evrim ağacının herhangi bir yerine yerleştirmeye çalışmak konusunda “temkinli” olacağını belirtiyor. Bunu yapabilmek için, eklembacaklıların optik sinirlerinin ve eklembacaklılarının nasıl yapılandırıldığına dair daha net kanıtlara ve ayrıca sinirlerin hayvanın uzuvlarının köklerine kadar uzandığına dair kanıtlara ihtiyacı olduğunu söylüyor.

Strausfeld, “Bence şimdiye kadar incelenenlerden daha iyi bir hazırlığa, daha iyi bir örneğe ihtiyaç var. Belki bir müzede bir yerde duran başka bir örnek vardır.” diyor.

Live Science. 26 Ocak 2022.

Makale: Ortega-Hernández, J., Lerosey-Aubril, R., Losso, S.R. et al. (2022). Neuroanatomy in a middle Cambrian mollisoniid and the ancestral nervous system organization of chelicerates. Nat Commun 13, 410