As origens do neocórtex: Nem tão novo e nem tão único.

Os mamíferos são terapsídeos, um grupo de vertebrados pertencente aos sinapsídeos, um táxon mais amplo que, além dos mamíferos, inclui seus ancestrais mais diretos e vários subgrupos aparentados a esses ancestrais. Uma das características que distingue nosso ramo particular da linhagem dos terapsídeos é a posse de um neocortex, um região cerebral especializada formado por seis camadas que revestem o prosencéfalo, a porção mais anterior de nossos encéfalos [1, 2, 3]. Uma parte importante das habilidades sensoriais, motoras e cognitivas de nossa linhagem depende dessa estrutura. Apesar de a origem do neocortex ainda estar envolta em discussões e debates, a visão mais difundida é que ele teria evoluído, primeiramente, por volta do fim do período triássico em terapsídeos ‘mamaliformes’ [4]. Novas evidências, entretanto, sugerem que um tipo de ‘neocortex’ teria evoluído quase 25 milhões de anos antes da emergência dos primeiros mamíferos, em um ramo colateral dos terapsídeos – isto é, em um ramo distinto daquele dos nossos ancestrais diretos, portanto, denotando um caso de convergência evolutiva [4, 5, 6].

Estudando um crânio fóssil de 255 milhões de anos do Therapsida, Kawingasaurus fossilis, do final do Permiano, encontrado na Tanzânia, o estudante de doutorado Michael Laaß descobriu que o espécimen apresentava um volume cerebral relativo cerca de duas ou três vezes maior do que observado em outros terapsídeos não mamíferos. Segundo Laaß, o Kawingasaurus possuía um prosencéfalo grande com dois hemisférios cerebrais distintos, exibindo, claramente, uma estrutura semelhante ao neocórtex de mamíferos [5].

O trabalho, realizado em colaboração com Anders Kaestner, do Instituto Paul Scherrer, na Suíça, foi conduzido utilizando-se da tomografia de nêutrons e reconstrução computadorizada da anatomia craniana interna em 3D. O fato de a cavidade endocraniana do espécimen encontrar-se quase totalmente ossificada foi o que possibilitou uma reconstrução virtual menos hipotética da endomolde’ cerebral [5, 6, 7].

Os autores relataram, em um estudo publicado no Journal of Morphology [5], neste mês de junho, a ausência de um forame parietal e um pequeno fosso entre os hemisférios cerebrais foi interpretado como um corpo pineal. Segundo o artigo, um sulco mediano demarcaria os dois hemisférios cerebrais inflados um do outro e uma possível fissura da raiz, do resto da endocasta. Eles também relataram que o chamado ‘quociente de encefalização’* estaria por volta de 0,52, o que é 2-3 vezes maior do que o observado em outros sinapsídeos não-mamíferos. Canais infraorbitais extremamente ramificados no focinho são outra característica que chama a atenção, como constatam os autores do estudo. Como explicam, no abstract do artigo:

“A forma da endocasta do cérebro, os canais maxilares extremamente ramificados, bem como os pequenos olhos posicionados frontalmente, sugerem que adaptações sensoriais especiais ao habitat subterrâneo, como um senso de toque bem desenvolvido e visão binocular, podem ter impulsionado a evolução paralela de um equivalente do neocórtex dos mamíferos e um sistema visual lemnotalâmico semelhante ao mamífero em Kawingasaurus. A anatomia bruta da endocasta cerebral de Kawingasaurus suporta a hipótese de grupo externo, segundo a qual o neocórtex evoluiu a partir do pálio dorsal de um antepassado semelhante aos anfíbios, que recebe projeções sensoriais da via lemnotalâmica. O cérebro alargado, bem como a ausência de um forame parietal, podem ser uma indicação para uma maior taxa metabólica em Kawingasaurus em comparação com outras sinapsídeos não-mamíferos.” [5]

Segundo o artigo, os princípios da tomografia por radiação de nêutrons quanto são semelhantes ao da mais conhecida baseada em raios-X; sendo um método de aquisição indireta, onde um conjunto de projeções (radiografias) são obtidas a partir de diferentes visualizações, no caso do estudo, ao longo de uma trajetória circular. Após obtidos, os dados de projeção são transformados em uma representação de volume da amostra [5, 6]. Já a modelagem tridimensional e a visualização das fatias tomográficas foram feitas utilizando-se do software AMIRA 5.4, seguindo o método descrito pelo próprio Laaß em colaboração com B. Schillinger, em dois artigos anteriores [6]. Os pesquisadores explicam que as estruturas de interesse, como os ossos cranianos, as endocastas cerebrais e vários canais de nervos e vasos sanguíneos foram ‘vetorializados’ em fatias manualmente ou, sempre que possível, semiautomaticamente, com a ferramenta de segmentação da AMIRA [5].

Acima uma figura que mostra o crânio de Kawingasaurus (créditos: Michael Laaß / Verlag Wiley-VCH) [4].

Em resumo, esse extraordinário espécimen possuía olhos frontalmente posicionados, consistentes com visão binocular em ambientes com baixa iluminação; além de extremidades do nervo trigêmeo extremamente ramificadas que adentravam pelo focinho, uma possível indicação que o animal possuía um senso de toque bem desenvolvido. Por fim, o Kawingasaurus possuía vestíbulos, no ouvido interno, muito grandes, sugerindo boa adaptação na detecção de vibrações sísmicas do solo.

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*O QE é uma medida relativa do tamanho do cérebro, definida como a relação entre a massa cerebral real e a massa cerebral prevista para um animal com um determinado tamanho, que se supõe indicar o nível aproximado de inteligência ou cognição dos animais [veja artigo da wikipedia].

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Referências:

1. Benton, M. J. (2000) Mammals. Pp. 639-644, in The Oxford Companion to the Earth, P. L. Hancock and B. J. Skinner (eds), Oxford University Press, 1174 pp.

2. Shoshani, J. 2003. Mammalia. eLS. Published Online: 29 JAN 2003 DOI: 10.1038/npg.els.0001552.

3. Sues, H.-D. 2001. Synapsida (‘Mammal-like Reptiles’). eLS. . Published Online: 30 may 2001. DOI: 10.1038/npg.els.0001547

4. Universität Duisburg-Essen, ‘A skull with history: A fossil sheds light on the origin of the neocortex’ 26 June 2017.

5. Laaß M, Kaestner A. Evidence for convergent evolution of a neocortex-like structure in a late Permian therapsid. Journal of Morphology. 2017;00:000–000.https://doi.org/10.1002/jmor.20712.

6. Laaß, M., & Schillinger, B.(2015). Reconstructing the auditory apparatus of therapsids by means of neutron tomography. Physics Procedia, 69,628–635. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.07.089

7. Laaß, M. (2015). Virtual reconstruction and description of the brain of Pristerodon mackayi (Therapsida, Anomodontia). Journal of Morphology, 276,1089–1099. DOI: 10.1002/jmor.20397.