Le plus ancien cerveau fossilisé révèle un tournant dans l’évolution du système nerveux

L’examen du cerveau d’un arthropode vieux d’environ 525 millions d’années, découvert dans la province chinoise du Yunnan, a offert de nouveaux indices précieux éclairant son évolution.

Un minuscule arthropode du Cambrien éclaire l’évolution du cerveau

Alors que l’on estimait jusqu’à présent que le cerveau des lobopodiens blindés était divisé en segments répétitifs de structures neurales appelées ganglions, l’étude approfondie de cet organe chez un spécimen fossilisé de Cardiodictyon catenulum a révélé qu’il était composé de trois éléments distincts, impliquant qu’il ait évolué indépendamment du système nerveux de leur tronc.

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« La découverte d’une telle anatomie était complètement inattendue, car les têtes et les cerveaux des arthropodes modernes [comprenant les insectes, les arachnides et les crustacés], et de certains de leurs ancêtres fossilisés, ont été considérés pendant plus de cent ans comme segmentés », explique Nicholas Strausfeld, neuroscientifique à l’université de l’Arizona et auteur principal de la nouvelle étude, publiée dans la revue Science.

Semblable à un ver, C. catenulum aurait arpenté les fonds marins à l’aide de plusieurs paires de pattes molles et velues au cours du Cambrien, période géologique au cours de laquelle la plupart des grands groupes d’animaux sont apparus. En raison de la taille minuscule du fossile étudié (1,5 cm), l’équipe a utilisé une méthode appelée filtrage chromatique, consistant à utiliser une succession d’images numérisées à haute résolution pour filtrer différentes longueurs d’onde de la lumière, afin de cartographier sa structure interne.

La morphologie de la tête et du cerveau ainsi révélée a ensuite été comparée à celle d’autres fossiles, d’arthropodes actuels et de leurs modèles d’expression génétique respectifs, suggérant un même schéma d’organisation cérébrale ayant perduré pendant un demi-milliard d’années.

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Des similitudes frappantes

« En comparant les modèles d’expression génétique connus chez les espèces vivantes, nous avons identifié une signature commune à tous les cerveaux et à leur mode de formation », détaille Frank Hirth, chercheur au King’s College de Londres et co-auteur de l’étude. « Chaque domaine cérébral et ses caractéristiques correspondantes sont spécifiés par la même combinaison de gènes, quelle que soit l’espèce examinée. Cela suggérait un plan de base génétique commun pour la fabrication d’un cerveau. »

Compte tenu de la disposition primitive du système nerveux de C. catenulum, les scientifiques pensent que les lobopodiens étaient probablement les premiers arthropodes, précédant même les emblématiques trilobites, groupe d’animaux le plus diversifié conservé dans les archives fossiles, s’étant éteint il y a quelque 250 millions d’années.

Selon Strausfeld, ces nouvelles découvertes pourraient également avoir des implications pour les vertébrés, étant donné que l’encéphale des mammifères présente une architecture similaire, dans laquelle les cerveaux antérieur et moyen se révèlent génétiquement et structurellement distincts de la moelle épinière.

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