Studi paleontologi sebelumnya menyatakan otak sulit terawetkan menjadi fosil. Kajian pada fosil arthropoda dari era Kambrium menemukan anatomi terperinci termasuk sistem saraf yang berguna bagi cetak biru studi evolusi otak.
Fosil makhluk laut kecil yang mati lebih dari setengah miliar tahun yang lalu mungkin memaksa penulisan ulang buku teks sains tentang bagaimana otak berevolusi. Studi baru menyimpulkan cetak biru susunan otak telah bertahan sejak Kambrium hingga saat ini.
Kambrium adalah periode pada skala waktu geologi yang dimulai pada sekitar 542 juta tahun lalu di akhir eon (kurun) Proterozoikum dan berakhir pada sekitar 488,3 juta tahun lalu dengan dimulainya periode Ordovisium. Periode ini merupakan periode pertama era Paleozoikum dari eon Fanerozoikum.
Sebuah studi yang diterbitkan di Science yang dipimpin oleh Nicholas Strausfeld, profesor di Departemen Ilmu Saraf Universitas Arizona, Amerika Serikat, dan Frank Hirth, penelaah ilmu saraf evolusioner di King's College London, Inggris, mampu mendeskripsi secara terperinci untuk pertama kali tentang Cardiodictyon catenulum, fosil hewan sejenis cacing ini terawetkan di bebatuan di Provinsi Yunnan Tiongkok selatan.
Berukuran panjang hampir setengah inci (kurang dari 1,5 sentimeter), fosil hewan tersebut pertama kali ditemukan pada 1984. Namun setelah itu fosil tersebut ternyata masih menyembunyikan rahasia penting sampai pada peneliti berhasil mendeskripsikannya secara rinci, terkait sistem saraf termasuk otak. "Sepengetahuan kami, ini adalah fosil otak tertua yang kami ketahui sejauh ini," kata Strausfeld.
Berasal dari genus Cardiodictyon, fosil itu berasal dari kelompok hewan punah yang dikenal sebagai lobopodia lapis baja. Populasinya cukup melimpah pada awal periode yang dikenal sebagai Cambrian, ketika hampir semua garis keturunan hewan utama muncul dalam waktu yang sangat singkat antara 540 juta dan 500 juta yang lalu.
Lobopodia kemungkinan besar berpindah-pindah di dasar laut menggunakan beberapa pasang kaki gemuk dan lembut yang tidak memiliki persendian keturunan mereka, euarthropoda (bahasa Yunani untuk kaki bersendi asli). Kerabat terdekat lobopodia yang masih hidup saat ini adalah cacing beludru yang hidup di Australia, New Zealand, dan Amerika Selatan.
Fosil Cardiodictyon mengungkapkan hewan dengan batang tersegmentasi dimana terdapat susunan berulang struktur saraf yang dikenal sebagai ganglia. Ini sangat kontras dengan kepala dan otaknya, yang keduanya tidak memiliki bukti segmentasi.
"Anatomi ini benar-benar tak terduga karena kepala dan otak arthropoda modern, dan beberapa fosil nenek moyang mereka, selama lebih dari seratus tahun telah dianggap tersegmentasi," kata Strausfeld seperti dikutip Science Daily.
Menurut penulis, temuan ini menyelesaikan perdebatan panjang dan panas tentang asal dan komposisi kepala pada arthropoda, kelompok paling kaya spesies di dunia hewan. Arthropoda termasuk serangga, krustasea, laba-laba dan arakhnida lainnya, ditambah beberapa garis keturunan lain seperti kaki seribu dan kelabang.
"Dari tahun 1880-an, para ahli biologi mencatat penampilan batang yang tersegmentasi dengan jelas yang khas untuk arthropoda, dan pada dasarnya mengekstrapolasinya ke kepala," kata Hirth. "Begitulah hasil penelitian lapangan sampai pada anggapan bahwa kepala adalah perpanjangan anterior dari batang yang tersegmentasi," imbuh dia.
"Tapi Cardiodictyon menunjukkan bahwa kepala awal tidak tersegmentasi, begitu pula otaknya, yang menunjukkan bahwa otak dan sistem saraf tubuh kemungkinan berevolusi secara terpisah," kata Strausfeld.
Fosil Otak Nyata
Cardiodictyon adalah bagian dari fauna di Chengjiang, deposit fosil terkenal di Provinsi Yunnan yang ditemukan oleh ahli paleontologi Xianguang Hou. Tubuh lobopodia yang lembut dan halus telah terawetkan dengan baik dalam catatan fosil, tetapi tidak ada yang meneliti kepala dan otak Cardiodictyon, mungkin karena lobopodia umumnya berukuran kecil.
Bagian yang paling menonjol dari Cardiodictyon adalah serangkaian struktur berbentuk pelana segitiga yang menentukan setiap segmen dan berfungsi sebagai titik perlekatan untuk sepasang kaki. Itu telah ditemukan di bebatuan yang lebih tua berasal dari era Kambrium.
"Itu memberitahu kita bahwa lobopodia lapis baja mungkin merupakan arthropoda paling awal, bahkan mendahului trilobita, kelompok arthropoda laut ikonik dan beragam yang punah sekitar 250 juta tahun yang lalu," kata Strausfeld.
Selama ini, menurut Hirth, para ilmuwan meyakini otak tidak memfosil. Mereka tidak pernah berharap menemukan fosil dengan otak yang terawetkan sejak awal. Apalagi kedua kedua, hewan ini sangat kecil sehingga peneliti tidak berani untuk melihatnya dengan harapan menemukan otak.
Namun, pekerjaan selama 10 tahun terakhir, sebagian besar dilakukan oleh Strausfeld. Ia bersama tim telah mengidentifikasi beberapa kasus otak yang diawetkan dalam berbagai fosil arthropoda, yang terdiri dari serangga, krustasea, laba-laba, dan arakhnida lainnya. hay/I-1
Dasar Genetik bagi Pembentukan Otak
Dalam studi baru yang dilakukan para ilmuwan dari Universitas Arizona dan King's College London, mereka tidak hanya mengidentifikasi otak Cardiodictyon. Lebih jauh dari itu juga membandingkannya dengan fosil yang diketahui dan arthropoda hidup, termasuk laba-laba dan kelabang.
Mereka menggabungkan studi anatomi terperinci dari fosil lobopodia dengan analisis pola ekspresi gen pada keturunan mereka yang masih hidup dengan adanya cetak biru atau kerangka kerja terperinci bersama susunan otak telah dipertahankan sejak Kambrium hingga saat ini.
"Dengan membandingkan pola ekspresi gen yang diketahui pada spesies hidup, kami bisa mengidentifikasi tanda umum dari semua otak dan bagaimana mereka terbentuk," kata Frank Hirth, penelaah ilmu saraf evolusioner di King's College London, Inggris.
Dalam Cardiodictyon, tiga domain otak masing-masing dikaitkan dengan sepasang pelengkap kepala yang khas dan dengan salah satu dari tiga bagian sistem pencernaan anterior.
"Kami menyadari bahwa setiap domain otak dan ciri-cirinya ditentukan oleh gen kombinasi yang sama, terlepas dari spesies yang kami amati," tutur Hirth. "Ini menandakan gagasan dasar genetik umum untuk membuat otak," imbuh dia.
Hirth dan penulis utama studi Nicholas Strausfeld, profesor di Departemen Ilmu Saraf Universitas Arizona, Amerika Serikat, dalam laporan penelitian yang diterbitkan di jurnal Science menyatakan, prinsip yang dijelaskan dalam penelitian keduanya mungkin berlaku untuk makhluk lain di luar arthropoda dan kerabat dekat mereka.
Implikasi tersebut berguna untuk membandingkan sistem saraf arthropoda dengan vertebrata, yang menunjukkan arsitektur berbeda yang serupa, di mana otak depan dan otak tengah secara genetik dan perkembangan berbeda dari sumsum tulang belakang.
Sedangkan Strausfeld mengatakan temuan mereka juga menawarkan pesan kontinuitas pada saat planet ini berubah secara dramatis di bawah pengaruh perubahan iklim.
"Pada saat peristiwa geologis dan iklim besar membentuk kembali planet ini, hewan laut sederhana seperti Cardiodictyon memunculkan kelompok organisme paling beragam di dunia euarthropoda yang akhirnya menyebar ke setiap habitat yang muncul di Bumi, tetapi yang sekarang terancam oleh spesies kita," kata Strausfeld. hay/I-1
