延长抚仙湖虫化石图
通过对一种已灭绝的节肢动物保存完好的化石进行分析，来自云南大学古生物研究重点实验室，亚利桑那大学等处的研究人员发现解剖结构复杂的大脑进化比以前认为的要更早，并且在进化过程中并没有发生多大的改变。这一发现公布于10月11日出版的Nature杂志上。
文章的作者包括云南大学古生物研究重点实验室马小雅，英国自然历史博物馆Gregory Edgecombe，以及亚利桑那大学Nicholas Strausfeld，参与研究的中方研究人员还包括古生物研究重点实验室主任侯先光教授。
这一寒武纪5.20亿年的化石目前保存在云南省内，长约3英寸，属于延长抚仙湖虫（Fuxianhuia protensa），是云南澄江早寒武世三个新的大型节肢动物之一，是一种灭绝的节肢动物。
这一化石的发现为节肢动物的进化历史补上“缺失的一环”，所谓节肢动物包含有甲壳类动物，蛛形纲动物和昆虫。
研究人员将这一发现称之为“一个革命性的发现“，可以帮助解决一个长期存在的争论——复杂大脑如何以及何时进化的。
“谁也没有料到，在多细胞动物历史上，复杂先进的大脑进化的如此之早”，Strausfeld说。
据介绍，古生物学家和进化生物学家对于节肢动物的进化过程尚未达成一致观点，尤其是其共同的祖先是什么，导致了昆虫的出现。
“有关昆虫的起源，一直以来都存在争论，”Strausfeld说，到现在为止科学家们主要集中于两种观点。其一是昆虫由软甲亚纲 （malacostracans）祖先进化而来——软甲亚纲包括螃蟹和虾等甲壳类动物，而另外一组科学家认为起源自鳃足亚纲 （branchiopods），例如碱水小虾(产于碱水湖、碱水池等小的原始甲壳类动物)。
由于后者大脑解剖结构比前者简单得多，因此科学家们认为后者更有可能是节肢动物的祖先。
但是这项研究却指出，根据延长抚仙湖虫出现的复杂大脑，上述观点可能并不成立。文章作者在Nature论文中表示，“化石中的大脑可与现代软甲亚纲动物相比”，因此他们认为这一化石支持一种新假说，即鳃足亚纲动物大脑从之前复杂结构发展成一个相对简单的构架。
就此Strausfeld与其合作者马小雅分析了各种标本的大脑解剖结构。在云南大学古生物研究重点实验室收集的样品中，他们找到了延长抚仙湖虫（Fuxianhuia protensa）这个化石。
“我在解剖显微镜下连续工作了5个小时，不断拍照摄像”，Strausfeld说，“我意识到这个大脑在视区中实际上包括了三个连续的髓，这是软甲亚纲的特征，而不是鳃足亚纲的。”
髓（neuropils）是节肢动物大脑中行使特殊功能的部分，能从感觉器官收集和处理信息，比如触角中获得的气味受体就会被传递到嗅觉髓，而眼睛信号则连接到视叶髓上。
在分析过程中，研究人员发现延长抚仙湖虫的大脑每一侧上有三个视觉髓，这很可能与昆虫中出现的神经纤维横向模式有关，而且其大脑也由三个个融合分部组成，而软甲亚纲（branchiopods）只有两个分部的融合。
这一化石分析指出，一旦大脑的基本设计已经进化出现，那么就不会发生太大的变化。相反，外围的一些元件，如眼睛，触角，其他附加物，感觉器官等就会发现巨大的多样化，以及功能上的专业化，不过这些都会输入到相同的基本环路中。
“让人惊叹的是，在可能超过5.2亿的时间里，神经模式的基础方案如何保持的一致性，”Strausfeld说，“计算环路的基本组成处理各种信号好似都是一样的，比如嗅觉与视觉，机械感觉处理方式都相同。”
Complex brain and optic lobes in an early Cambrian arthropod
Xiaoya Ma, Xianguang Hou, Gregory D. Edgecombe & Nicholas J. Strausfeld
AffiliationsContributionsCorresponding author
The nervous system provides a fundamental source of data for understanding the evolutionary relationships between major arthropod groups,Fossil arthropods rarely preserve neural tissue. As a result, inferring sensory and motor attributes of Cambrian taxa has been limited to interpreting external features, such as compound eyes or sensilla decorating appendages, and early-diverging arthropods have scarcely been analysed in the context of nervous system evolution. Here we report exceptional preservation of the brain and optic lobes of a stem-group arthropod from million 520 years ago (Myr ago), Fuxianhuia protensa, exhibiting the most compelling neuroanatomy known from the Cambrian. The protocerebrum of Fuxianhuia is supplied by optic lobes evidencing traces of three nested optic centres serving forward-viewing eyes. Nerves from uniramous antennae define the deutocerebrum, and a stout pair of more caudal nerves indicates a contiguous tritocerebral component. Fuxianhuia shares a tripartite pre-stomodeal brain and nested optic neuropils with extant Malacostraca and Insecta, , demonstrating that these characters were present in some of the earliest derived arthropods. The brain of Fuxianhuia impacts molecular analyses that advocate either a branchiopod-like ancestor of Hexapoda, or remipedes and possibly cephalocarids as sister groups of Hexapoda,Resolving arguments about whether the simple brain of a branchiopod approximates an ancestral insect brain or whether it is the result of secondary simplification has until now been hindered by lack of fossil evidence. The complex brain of Fuxianhuia accords with cladistic analyses on the basis of neural characters, suggesting that Branchiopoda derive from a malacostracan-like ancestor but underwent evolutionary reduction and character reversal of brain centres that are common to hexapods and malacostracans. The early origin of sophisticated brains provides a probable driver for versatile visual behaviours, a view that accords with compound eyes from the early Cambrian that were, in size and resolution, equal to those of modern insects and malacostracans.
文献链接：Complex brain and optic lobes in an early Cambrian arthropod
