Nogle af verdens ældste hjerner fundet i Grønland
En halv milliard år gamle fossiler fra Sirius-passet kaster lys på hjernens udvikling og historiens mest succesfulde dyregruppe, leddyrenes, oprindelse.
kerygmachela_leddyr_hjernen_grønland_vinther_oprindelse_evolution_tredelt_2.jpeg

Rekonstruktion af, hvordan Kerygmachela kierkegaardi har set ud, som den svømmede omkring i urhavet for 520 millioner år siden. (Illustration: Rebecca Gelernter (nearbirdstudios.com))

På en gold, stenet og stejl bakkeside i det allernordligste Grønland har et danskledet forskerhold gjort et mildest talt bemærkelsesværdigt fund af mere end en halv milliard år gamle fossile leddyr med deres hjerner bevaret.

»Vi har fundet strukturer, som passer med at kunne være hjerner, udfra hvordan de ser ud, og hvor de sidder,« siger den danske palæontolog Jakob Vinther ved Bristol University, England, til Videnskab.dk.

»Det viser både, at hjernen har potentialet til at bevares, og at nogle af de ideer, man har til, hvordan hjernen primitivt har set ud, faktisk passer.«

Der er tale om imponerende velbevarede fossiler af et sært dyr, Kerygmachela, der levede i urhavet for 520 millioner år siden.

Historien kort
  • 15 flotte 520 millioner år gamle fossiler af en stamform til leddyr (insekter, krebsdyr, edderkopper mfl) er fundet i Grønland.
  • Fossilerne er ekstremt velbevarede, så forskerne bl.a. kan se deres hjerner.
  • Dermed kaster de nyt lys på hjernens oprindelse for en halv milliard år siden.
  • En anden forsker roser studiet, men er uenig i tolkningen.

»En meget fin afhandling«

Fossilerne viser et dyr, der er cirka 7 cm langt, ovalt i form med en rund mund på undersiden og 11 brede flapper langs hver flanke.

Flapperne har formentlig været en slags svømmefinner, der kunne drive dyret frem gennem vandet ved en koordineret bølgebevægelse.

Tre cirka syv cm lange pigge - to foran og en bag - kan have været en slags følere, og på hovedet kan to kraftige 'fangarme' have gelejdet føde ind i munden.

»Det er en meget fin afhandling, det må jeg først sige, og det er helt fantastiske fossiler, de har fat i. Og de har fået hele 15 dyr deroppe fra Sirius-passet, det er ekstremt flot,« siger professor ved Statens Naturhistoriske Museum Reinhardt Møbjerg Kristensen, som ikke selv har deltaget i studiet.

Studiet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Communications.

kerygmachela_leddyr_hjernen_grønland_vinther_oprindelse_evolution_tredelt_2.jpeg

Siriuspasset, hvor fossilerne er fundet. (Foto: Jakob Vinther et al.)

Giver viden om, hvordan hjernen er opstået

Kerygmachela er allerede kendt fra tidligere fund, men det nye og enestående er, at forskerne med de nye fund har så gode fossiler, at man for første gang kan se disse urgamle dyrs øjne og ikke mindst deres indre organer som hjernen.

»Det er dødspændende, fordi det betyder, at vi kan udfylde huller i udviklingshistorien og forstå, hvordan hjernen er opstået, og hvilke skridt evolutionen har taget,« siger ekspert i leddyrs udvikling ved Statens Naturhistoriske Museum, lektor Jørgen Olesen, der heller ikke været med i studiet.

Hvirvel- og leddyr

Hvirveldyr er kort sagt dyr med en rygsøjle som fisk, padder, fugle og pattedyr, der bærer deres skelet inden i kroppen.

Leddyr har derimod et ydre hårdt skelet, og deres krop, inkl. benene, er delt op i tydelige segmenter. Leddyr omfatter f.eks. insekter, krebsdyr, edderkopper og tusindben, og i antal arter overgår leddyr alle andre dyrerækker tilsammen.

Han mener vel at mærke ikke udviklingen af vores egen hjerne, men derimod den største og mest succesfulde dyregruppe, leddyrene - dvs. insekter, mider, krebsdyr, edderkopper, skorpioner osv., som i alt tæller op mod 90 procent af nutidens Jordens dyrearter.

Den gruppe anses Kerygmachela at være stamform til.

Leddyrs hjerne ligner vores

Men det interessante er alligevel, at leddyrs hjerner på mange måder ligner vores.

»Alle hvirveldyr har også en tredelt hjerne, og måden, hjernen ser ud på hos os og leddyr, er meget sammenlignelig,« siger Jakob Vinther.

Faktisk så meget, at de underliggende genetiske systemer, som styrer den måde, hjernen sættes op på under udviklingen, er de samme, så forskere har foreslået, at den fælles stamfader til alle hvirveldyr og leddyr også havde en tredelt hjerne.
Den idé kan de nye fossiler nu feje til side.

kerygmachela_leddyr_hjernen_grønland_vinther_oprindelse_evolution_tredelt_2.jpeg

Kerygmachela kierkegaardi med en tegning, der fremhæver dyrets omrids. (Foto: Jakob Vinther et al.)

»Vi kan nu sige, at den tredelte hjerne hos leddyr og hvirveldyr er opstået uafhængigt af hinanden,« siger Jakob Vinther.

»På den måde kan vi udelukke de hypoteser og fokusere på andre hypoteser.«

Hvad er en hjerne?

Fundet åbner med andre ord et vindue ind til hidtil ukendte sider af, hvordan udviklingen af et leddyrs hjerne er foregået.

Lad os derfor først lige se på, hvad en hjerne egentlig er:

»Det er grundlæggende sådan en sammentrækning eller ophobning af sansestrukturer i hovedenden, hvor vi selv jo er et af de fremmeste eksempler,« siger Jørgen Olesen.

»Men det (den udvikling, red.) er så også sket inden for andre dyregrupper uafhængigt af os.«

kerygmachela_leddyr_hjernen_grønland_vinther_oprindelse_evolution_tredelt_2.jpeg

Nærbillede af et af de mest komplette fossiler af Kerygmachela kierkegaardi. Navnet er i øvrigt en hyldest til den danske filosof Søren Kirkegaard. (Foto: Jakob Vinther et al.)

Leddyr er geniale konstruktioner

Leddyrene er ret geniale som evolutionære konstruktioner.

De har, som navnet antyder, en krop, der grundlæggende består af et antal led eller segmenter efter hinanden som perler på en snor.

Tilbage i leddyrenes oprindelse begyndte det som en række af stort set ens segmenter, der hvert bar et lille ben-par.

Det er her, leddyrenes konstruktion bliver rigtig smart, fordi hvert led igennem evolutionen har kunnet udvikle sig uafhængigt og blive modificeret til mange forskellige funktioner.

De er blevet til føleben, fødeben, tyggeben, gangben, knuseben, kloben osv., så hele konstruktionen minder lidt om en schweitzerkniv fyldt op med smarte redskaber.

Hvornår opstod tredelingen af hjernen?

Det er også sådan, man mener hjernen er opstået.

Hvert led er nemlig udstyret med en 'mini-hjerne' - ganglier - som har styret og koordineret hvert segment som en decentral mini-hjerne.

»Der er så sket det oppe i de rigtige leddyr, at de har fået fusioneret nogle af de forreste ganglier til et stort afsnit - et super ganglion - som vi så kalder en hjerne,« siger Jørgen Olesen.

Nogle ben-par er blevet integreret i hovedet som antenner og andre som kæber, og det spørgsmål, artiklen beskæftiger sig med, er så, om den tredeling af hjernen, som man ser hos både leddyr og hvirveldyr, allerede opstod hos den fælles forfader til leddyr og hvirveldyr eller uafhængigt i hver gruppe.

kerygmachela_leddyr_hjernen_grønland_vinther_oprindelse_evolution_tredelt_2.jpeg

Jakob Vinther og en kollega under udgravningen. (Jakob Vinther et al.)

Kerygmachela er et 'missing link'

Det er her, de nye fossilfund kommer ind og kaster lys på de tidlige processer i leddyrene.

»Kerygmachela er et ret vigtigt 'missing link' mellem de nærmeste slægtninge til leddyrene, fløjsormene og bjørnedyrene,« siger Jakob Vinther.

»Fløjlsorme har en todelt hjerne, og bjørnedyr, mener vi, har kun et enkelt afsnit. Der er også nogen, som mener, bjørnedyrs hjerne var tredelt. Men når man kigger på vores fossiler, kan man se, at det er en meget simpel, lille hjerne, som kun har et afsnit.«

På fossilerne kan forskerne se, hvordan der kun er én forbindelsesbane fra et modificeret 'ben-par', nemlig de forreste gribelemmer, der kører ind til hjernen.

Med andre ord tolker forskerne, at der i fossilerne endnu ikke er fusioneret og integreret de næste ben-par, som giver den tredelte hjerne.

»Det er flot, men jeg er uenig i fortolkningen, fordi vi har vist med fem afhandlinger, at bjørnedyrene har en tredelt hjerne og et flot ganglion for hvert af de fire benpar,« siger Reinhardt Møbjerg Kristensen og peger på de to nyeste fra 2012 og 2013.

Der er med andre ord lagt i kakkelovnen til en fremtidig akademisk debat om de præcise tolkninger.

På vej mod facet-øjne

Men godtager man Vinthers tolkning af de gamle hjerner, falder det godt ind i det overordnede billede af den fase, udviklingshistorien er inde i Kambrium-perioden for cirka 495-545 millioner år siden.

»Vi kan løse lidt op for hjernens udvikling - den var meget simpel til at starte med og er så blevet gradvist mere kompleks, i takt med at flere ben-led er blevet inkorporeret i hjernen og har givet den de tre segmenter, vi ser i dag,« siger Jakob Vinther.

Han peger også på Kerygmachelas øjne, som, forskerne nu for første gang kan vise, er udviklet fra en meget simpel lysfølsom konstruktion kaldet en øje-kop, som kendes fra nutidens fløjlsorm med et meget dårligt syn.

Hos Kerygmachela ser det ud til, at synet er blevet mere avanceret ved at multiplicere den oprindelige ene øjekop til mange flere side om side i en halvmåneformet skive.

Den skive er så i sidste ende udviklet til egentlige facetøjne, som giver f.eks. krebsdyr og insekter et fantastisk godt syn.

kerygmachela_leddyr_hjernen_grønland_vinther_oprindelse_evolution_tredelt_2.jpeg

Rekonstruktion af hovedet med fortolkning af hjernen (orange) lige over munden (stiplet cirkel) og svælget (blå). Det vigtige er, at hjernen ses som et lille enkelt afsnit med udløber til gribe-lemmerne foran og ikke en tredelt hjerne med udløbere til andre integrerede led længere nede af kroppen. (Illustration: Jakob Vinther et al.)

Evolutionært våbenkapløb under den kambriske eksplosion

På den måde var de kambriske stamformer til leddyrene i fuld gang med at blive mere avancerede.

De fik også andre nye 'opfindelser' som f.eks. gæller og en mere effektiv iltudnyttelse.

»Det var vigtigt for en mere aktivt levemåde, og tarmene blev også mere effektive, så leddyrene udviklede sig til at være de første top-rovdyr,« siger Jakob Vinther.

»Vi ser i dag den kambriske eksplosion som en eksplosion drevet af et evolutionært våbenkapløb mellem byttedyr og rovdyr, fordi der ikke var store rovdyr før Kambrium.«

Hjælper med at tegne billedet af leddyrenes udvikling

Forskerne kalder sågar Ediacara-perioden lige inden Kambrium for 'Ediacaras Have' som hentydning til 'Edens Have' og en uskyldig verden, hvor flercellede dyr ikke havde noget at frygte.

»Men så kom rovdyrene, og det var leddyr, og gjorde livet surt for alle sammen,« siger Jakob Vinther.

Man skulle udvikle forsvar som hårde, ydre skeletter og modsvar som bedre mobilitet, syn og evne til at tolke komplekse sanseindtryk osv., og det startede den kambriske eksplosion med et væld af nye livsformer.

»Nu hjælper vi med at tegne et billede af leddyrenes udvikling med et mere avanceret tarmsystem, den leddelte krop, bedre øjne, kompleks hjerne og en masse vigtige elementer, som fortæller om leddyrenes oprindelse, og det fortæller også, hvorfor de er så succesfulde i dag,« siger Jakob Vinther.

 

Hvem der får ret i den videnskabelige debat om bjørnedyrenes hjerne vil tiden vise.

Spørgsmålet kan grundlæggende koges ned til to forskellige angrebsvinkler - nemlig, om man skal finde svarene i de gamle fossiler eller ved at regne baglæns fra nulevende dyr.

Vinther satser på fossilerne, fordi der gennem udviklingshistorien er mange eksempler på parallel evolution (eller konvergent evolution), hvor to forskellige linjer er nået frem til den samme løsning uden af den grund at være beslægtede. 

»Der er en masse konvergent evolution pga. af det her våbenkapløb, fordi der er et begrænset antal løsninger til et givent problem,« forklarer Jakob Vinther og slutter: 

»Hvis man i dag kun kendte flagermus og fugle blandt hvirveldyrene, ville man nok sige, at deres fælles stamfader måtte kunne flyve - medmindre man kendte alle fossilerne af fuglenes forfædre blandt dinosaurer.« 

Videnskab.dk's manifest

5 spørgsmål, du bør stille dig selv, når du læser om forskning


Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.