Inky pletter, der findes i fossiler fra 500 millioner år gamle buglignende væsener, kan være smukt konserverede, symmetriske hjernevæv. Det fossile fund kan hjælpe med at lægge en opvarmet videnskabelig kontrovers for at hvile - spørgsmålet om hjerner kan fossileres.
Forskere opdagede disse pletmærker i fossiler af leddyr Alalcomenaeus, et dyr, der deler sin filum med moderne insekter, edderkopper og krebsdyr. Dyrene levede i den kambriske periode, der fandt sted mellem ca. 543 millioner og 490 millioner år siden, og sportede et hårdt eksoskelet, der fossiliserede godt. Men det bløde væv i væsenens hjerne og nerver henfaldt ofte og forsvandt derfor fra fossilprotokollen.
Nu beskriver en ny undersøgelse, der blev offentliggjort 11. december i tidsskriftet Proceedings of the Royal Society B, ikke én, men to Alalcomenaeus fossiler komplet med hjerner og alle deres beskæringer.
"Hvad vi beskæftiger os med i fossilprotokollen er ekstraordinære omstændigheder. Dette er ikke almindeligt - dette er super, supers sjældent," sagde medforfatter Javier Ortega-Hernández, en hvirvelløs paleobiolog ved Harvard University og kurator for Harvard Museum of Comparative Zoologi. Tidligere har paleontologer kun identificeret hinanden Alalcomenaeus eksemplet antages at have nervevæv, men fundet blev mødt med skepsis. Med yderligere to eksemplarer i hånden kan forskere nu være sikre på, at nervevæv faktisk kan fossiliseres og findes i usædvanlige kambriske leddyrfossiler, sagde Ortega-Hernández.
Langvarig debat
Udover Ortega-Hernández og hans team er det kun en håndfuld forskere, der har rapporteret at have fundet fossiliseret nervevæv i leddyr i Cambria-perioden. I et papir fra 2012 beskrev forskere det første bevis på en fossiliseret leddyrhjerne i en lille væsen kaldet Fuxianhuia protensa. Skønt rapporten er bredt omtalt i medierne, tiltrækkede rapporten kritikere.
"De sagde, 'affald, masser af vrøvl'," sagde Nicholas Strausfeld, en regentsprofessor i afdelingen for neurovidenskab ved University of Arizona og medforfatter til 2012-undersøgelsen, samt flere andre om hjernelignende funktioner i leddyr. Nogle paleontologer argumenterede for, at baseret på vores forståelse af, hvordan dyr forfalder, kunne de farvede prøver Strausfeld og andre, der blev fundet, umuligt indeholde nervevæv, sagde Strausfeld. Nogle teoretiserede, at hjernefarvene skal være enten en mærkelig fugt med fossilisering eller fossiliserede senge med bakterier, kendt som biofilm.
Men nu fungerer den nye undersøgelse af Ortega-Hernández og hans kolleger som "en virkelig behagelig validering af tidligere arbejde," fortalte Strausfeld til Live Science. "Han har sat mange indvendinger fra mennesker i hvile."
I deres undersøgelse afslørede Ortega-Hernández og hans medforfattere en ny Alalcomenaeus fossilt begravet i Utah i en region med geologiske depressioner kendt som det amerikanske store bassin. Forfatterne bemærkede symmetriske pletter langs væsenens midtlinie, der lignede nervesystemets strukturer findes i nogle moderne leddyr, herunder hestesko krabber, edderkopper og skorpioner. "Nervesystemet og tarmen form krydser hinanden, hvilket er virkelig funky, men almindeligt i leddyr i dag," fortalte Ortega-Hernández til Live Science.
Pletterne indeholdt også påviselige niveauer af kulstof, et nøgleelement i nervevævet. De mørke pletter blev også tilsluttet dyrets fire øjne, som man kunne forvente af nervesystemets væv. Efter at have kontrolleret alle disse kriterier sagde Ortega-Hernández, at han med tillid kunne rapportere om at finde fossiliseret nervevæv i det nyfundne eksemplar.
Men for at dobbeltkontrol deres fund, undersøgte forfatterne også et sekund Alalcomenaeus fossil fra det amerikanske store bassin. Oprindeligt blev gravet op i 1990'erne, prøven sportede lignende pletter og kulstofspor som den nyfundne fossil. Hvad mere er, begge fossiler fra Great Basin stemte overens med beskrivelser af et andet eksemplar, som Strausfeld fandt i Kina. Alle tre fossiler var fundet begravet i lignende aflejringer, hvilket indikerer, at en unik konserveringsproces gjorde det muligt for alt deres hjernemateriale at fossile, sagde Ortega-Hernández.
Modargumenter
Selvom Ortega-Hernández og hans kolleger kontrollerede og dobbeltcheckede deres arbejde, skal forfatterne "generelt være forsigtige med at hævde at have fundet en ægte fossil hjerne," Jianni Liu, professor ved Early Life Institute i Institut for Geologi ved Northwest University i Xi'an, Kina, fortalte Live Science i en e-mail. Liu argumenterer for, at de uklare pletter, der ses i kambriske fossiler, muligvis kan være en "lidt tilfældig effekt af forfaldsprocessen" snarere end rester af hjernestoffer.
I en 2018-undersøgelse undersøgte Liu og hendes kolleger omkring 800 fossiliserede prøver og fandt, at næsten 10% indeholdt inky pletter i hovedregionen. Forfatterne gennemgik tidligere undersøgelser af dyreforfald og fandt, at nervevæv har en tendens til at henfalde hurtigt, men tarmbakterier kan klæbe rundt og "producere disse såkaldte biofilmer som udstråler, der ligner lidt dele af et nervesystem," skrev Liu.
Flere paleontologer, herunder Strausfeld, påpegede, at Liu ikke kunne undersøge fossiler, der angiveligt indeholdt hjernevæv, og at manglen på primære beviser markerer en "større mangel" i hendes undersøgelse. Derudover undersøgte prøverne, Liu, indeholdt asymmetriske pletter snarere end symmetriske, hvilket betyder, at de alligevel ikke ville være blevet fortolket som hjernevev, sagde Strausfeld.
Derudover måler undersøgelser af forfald ofte vævsnedbrydning i vand, hvorimod begravede fossiler interagerer med en lang række kemikalier, der transporteres i sedimentet omkring dem, sagde Ortega-Hernández. For eksempel antyder nogle undersøgelser, at en kombination af ler og vandhoppning starter en "kemisk garvning" -proces, der hærder blødt væv i kroppen, svarende til, hvordan bestemte kemikalier kan omdanne smidig kohud til læder, sagde Ortega-Hernández.
Mere arbejde skal gøres for at afklare sedimentets rolle i fossil konservering, men lige nu tyder rigelig på, at leddyr forbliver under hårdt pres stivner over tid, sagde Strausfeld. Hjernen og nerverne i dyret udflader i processen, og fordi nervevæv indeholder masser af fedt, afviser strukturer vand og "har en vis modstand mod forfald," sagde han.
På trods af bevisene til fordel for dem, kan Ortega-Hernández, Strausfeld og deres kolleger muligvis være nødt til at grave meget mere leddyrhjernehovedbits for at overbevise naysayers om, at gamle hjerner kan fossile.
"Vi værdsætter forfatterens bestræbelser på at retfærdiggøre deres resultater som værende ægte nervevæv, men forbliver skeptiske, mens dataene kun kommer fra to fossiler," sagde Liu. "Nye data er altid velkomne, men som vi tidligere har bemærket, ville vi være mere overbeviste, hvis de anatomiske træk optrådte i en ensartet form på tværs af flere eksempler uafhængigt."
