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뇌의 진화를 보여주는 캄브리아기 초기 화석



 (Artist's impression of an individual 525-million-year-old Cardiodictyon catenulum on the shallow coastal sea floor, emerging from the shelter of a small stromatolite built by photosynthetic bacteria. Credit: Nicholas Strausfeld/University of Arizona)

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(The fossilized Cardiodictyon catenulum was discovered in 1984 among a diverse assemblage of extinct creatures known as the Chengjian fauna in Yunnan, China. In this photo, the animal's head is to the right. Credit: Nicholas Strausfeld/University of Arizona)

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(Fossilized head of Cardiodictyon catenulum (anterior is to the right). The magenta-colored deposits mark fossilized brain structures. Credit: Nicholas Strausfeld)

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뇌는 화석으로 남기 매우 어려운 부드러운 조직입니다. 그렇기 때문에 우연히 화석화된 뇌와 신경은 과학자들에게 매우 중요한 정보를 제공합니다. 이런 드문 화석 중 일부는 고생대의 첫 번째 시기인 캄브리아기로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 최근 과학자들은 역대급으로 오래된 5억 2500만년 전 뇌 화석을 확인했습니다.

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애리조나 대학의 니콜라스 스트라우스펠드 교수(Nicholas Strausfeld, a Regents Professor in the University of Arizona Department of Neuroscience)가 이끄는 연구팀은 중국에서 1984년 발견된 작은 벌레 같은 캄브리아기 생물인 카디오딕티온 카테눌룸 ( Cardiodictyon catenulum)의 화석을 정밀하게 분석했습니다.

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몸 길이 1.5cm에 불과한 이 작은 캄브리아기 초기 생물은 로보포디아 (Lobopodia)라는 멸종된 범절지동물군 (Panarthropoda)에 속하는 생물입니다. 현생 절지동물과는 달리 벌레 같은 몸에 길쭉한 다리가 여러 개 달린 생물로 사실 분류에 다소 논란이 있는 그룹이기도 합니다.

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아무튼 과학자들은 당초 이 화석에 뇌나 신경처럼 미세하고 썩기 쉬운 부분의 흔적이 남아 있을 것으로는 생각하지 못했습니다. 하지만 이 화석을 최신 기술을 통해 정밀하게 연구한 끝에 과학자들은 신경절과 신경, 그리고 머리에 있는 가장 오래된 화석화된 뇌의 흔적을 찾을 수 있었습니다.

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이번 연구에서 밝혀진 새로운 사실은 뇌가 단순히 신경절 (ganglia)가 커진 것이 아니라 체절에 있는 신경과는 별개로 초기부터 진화했다는 것입니다. 5억 2500만년 전의 것임에도 카디오딕티온의 뇌는 이미 상당히 세분화된 구조를 지니고 있었고 단순히 커진 신경절이 아닌 상태였습니다. 이는 범절지동물의 현생 후손인 절지동물의 뇌 역시 비슷한 방식으로 진화했다는 점을 시사합니다.

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과학자들은 뇌가 척추동물에서도 단순히 커진 신경절이나 척수가 아닌 독립적이고 매우 복잡한 장기라고 생각하고 있습니다. 그리고 지구상에서 가장 큰 동물 그룹인 절지동물에서도 이 부분을 다시 확인할 수 있었습니다. 어쩌면 이렇게 초기 부터 잘 분화된 뇌를 지녔던 것이 곤충이나 거미 같은 절지동물이 작은 크기에도 번성할 수 있었던 비결일지도 모릅니다.

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참고

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https://phys.org/news/2022-11-million-year-old-fossil-defies-textbook-explanation.html

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Nicholas J. Strausfeld et al, The lower Cambrian lobopodian Cardiodictyon resolves the origin of euarthropod brains, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abn6264. www.science.org/doi/10.1126/science.abn6264

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Derek E. G. Briggs et al, Putting heads together, Science (2022). DOI: 10.1126/science.add7372

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