Kambriyen Dönem'den Kalma Fosil, Karmaşık Beyinlerin Daha Erken Evrimleştiğini Gösteriyor!

Çin’in Yunnan bölgesinde bulunan kiltaşı birikintileri içinde 520 milyon yıldır gömülü, yaklaşık 7.5 santimetre boyundaki Fuxianhuia protensa türüne ait olan fosil, soyu tükenmiş eklembacaklı neslinin ilkel bir vücuda karşın karmaşık bir beyne sahip olduğunu gösteriyor. Fosil, keşfedilmiş bir "kayıp halka" olarak nitelendiriliyor ve eklembacaklıların, yani kabuklulardan, araknidlerden ve böceklerden oluşan grubun evrimsel geçmişine ışık tutuyor. Araştırmacılar karmaşık beyinlerin nasıl ve ne zaman evrimleştiği hakkında süregelen tartışmaları çözümleyebilecek olan buluşlarını "dönüştürücü bir keşif" olarak nitelendiriyorlar. Araştırma, 11 Ekim 2012'de Nature dergisinde yayımlandı. Arizona Üniversitesi Nörobilim Departmanı Yönetim Kurulu Üyesi Strausfeld şöyle söylüyor:

Kimse bu kadar gelişmiş bir beynin çok hücreli hayvanlar tarihinde bu denli erken evrimleşebileceğini beklemiyordu.

Strausfeld'e göre paleontologlar ve evrimsel biyologlar eklembacaklıların nasıl evrimleştiği, özellikle ortak atanın neye benzediği ve neyin böceklerin yükselişine sebep olduğu konusunda henüz anlaşmaya varmış değiller. Strausfeld, “Böceklerin kökeni konusunda çok uzun bir tartışma süregeliyor.” diyor. Bilim insanlarının bugüne kadar, var olan iki senaryodan birini desteklediğini ekliyor:

Bir grup bilim insanı, böceklerin yengeçler ve ıstakozları kapsayan ve malakostrakanlar olarak bilinen bir grubun atalarından evrimleştiğini düşünüyor. Öte yandan bazı diğer bilim insanları böceklerin, kabuklular içerisinde daha az tanınan bir grup olan ve tuzlu karides gibi hayvanları barındıran dallıbacaklılardan köken almış olabileceğine dikkat çekiyor. Dallıbacaklıların beyin anatomisinin malakostrakanlardan çok daha basit olması, kabuklular içerisinde onların böceklerin evrimine neden olan grup olması ihtimalini arttırıyor. Ancak Fuxianhuia gibi aslen ilkel olan bir organizmada karmaşık bir beyin anatomisinin keşfi, bu senaryoyu gerçeklikten uzak kılıyor. 

Nature dergisindeki yazarlar, fosilleşmiş beynin şeklinin kıyaslanabilir boyutta bir modern malakostraka beyni ile eşleştiğini dile getiriyor. Yazarlar fosilin, dallıbacak beyinlerinin, daha önceden evrimleşmiş daha karmaşık yapıdan, daha basit bir mimariye evrimleşmiş olabileceğini öne süren hipotezi destekleyebileceğini tartışıyorlar.

Strausfeld’in de öncülüğünü etmiş olduğu nörokladistik biliminden ortaya çıkan bu hipotez, sinir sistemi anatomisini kullanarak canlıların evrimsel ilişkilerini yeniden yapılandırmaya yönelik bir girişim. Geleneksel canlı sınıflandırmaları (kladistik), genellikle bir organizmanın morfolojisinde ya da DNA parçaları tekrarları gibi moleküler verilere dayanarak yapılıyor. 

Arizona Üniversitesi Evrimsel Biyoloji Bölümü ve Entomoloji Bölümünde görev alan Strausfeld, yaklaşık kırk eklembacaklı grubunun yüz kırk farklı karakter özelliğini listeledi.

Dallıbacaklıların böceklerin atası olmadığına dair her türlü ipucu vardı. Birçoğumuzun beklentisi, pudingin içindeki kanıtın dallıbacaklılar ortaya çıkmadan çok önce yaşamış malakostrakan-benzeri bir canlıya ait bir beyin olacağıydı ve bingo! Gerçekten de öyle olduğunu bulduk.

Strausfeld, Çin'in Kunming kentinde bulunan Yunnan Üniversitesi Paleobiyoloji Laboratuvarı'na yaptığı yolculukta, doktora sonrası araştırmacısı ve iş arkadaşı olan Xiaoya Ma'yı da çalışmalarına dahil etti. Oluşturulan işbirliği ile, Londra Doğal Tarih Müzesi’ndeki çeşitli fosilleşmiş beyin örneklerinin anatomisi üzerinde çalışmalar yaptılar. Bu koleksiyonu tararken Fuxianhuia protensa fosilini tanımlayan bir makaleye rastladılar. Strausfeld şöyle söylüyor: 

Mikroskop başında yoğun bir beş saat geçirmiştim, sürekli fotoğraf çekip duruyordum. Sonunda farkına vardım ki bu beyin, optik bölgedeki ardışık üç nöropilden oluşuyor. Bu malakostrakanların bir özelliğidir, dallıbacaklıların değil.

Nöropiller, eklembacaklı beyninde, duyu organlarından gelen verileri toplamak ve değerlendirmek gibi özel fonksiyonlarına hizmet eden parçalarıdır. Örneğin, antenlerdeki koku reseptörleri koku almayı sağlayan nöropillere bağlıdır; gözler de optik lobdaki nöropiller ile bağlantı halindedir.

Strausfeld, Fuxianhuia'nın beynini incelediğinde fark etti ki, her yandaki üç optik nöropil büyük ihtimalle daha önceden (malakostrakanlarda ve böceklerde oluğu gibi) sinir lifleriyle çapraz şekilde birbirine bağlıydı. Ayrıca beyin üç kaynaşmış parçadan oluşuyordu. Oysa ki dallıbacaklılarda sadece iki parça kaynaşık durumdadır. Strausfield şöyle anlatıyor:

Branchiopodlarda sadece iki görsel nöropil vardır ve bunlar çapraz liflerle bağlanmamışlardır. Prensipte, Fuxianhuia’nın beyni, antik bir hayvan için oldukça moderndir.

Fosil, ilk başta basit bir beyin yapısının evrimleştiğini ve uzun zaman boyunca bunun az miktarda değiştiği fikrini destekliyor. Beyin bir yana; gözler, antenler, diğer uzantılar, duyu organları ve benzeri yapılar ise çeşitli görevler nedeniyle muazzam bir farklılaşmaya maruz kalmış ve farklı görevlerde uzmanlaşmış; ancak aslında hepsi aynı temel sisteme bağlı halde bulunuyor. Strausfeld sözlerini şöyle bitiriyor:

“Fosildeki sinir sistemindeki sabit bir desenin 550 milyon yılı aşkın zamandır süregelmesi olağanüstü bir olaydır. Koklama gibi işleri sürdüren algılayıcı devrelerin basit organizasyonu, görme ya da mekanik hissetme için var olan devrelerle aynı gibi gözükmektedir."