Inky flekker som finnes i fossiler av 500 millioner år gamle buglignende skapninger kan være vakkert bevart, symmetrisk hjernevev. Det fossile funnet kan være med på å legge en varm vitenskapelig kontrovers for å hvile - spørsmålet om hjerner kan fossiliseres.
Forskere oppdaget disse flekkete merkene i fossiler av leddyr Alalcomenaeus, et dyr som deler sin filum med moderne insekter, edderkopper og krepsdyr. Dyrene levde i løpet av den kambriske perioden, som fant sted for rundt 543 millioner og 490 millioner år siden, og sportet et tøft eksoskelett som fossiliserte godt. Men det myke vevet i skapningens hjerne og nerver forfalt ofte og forsvant derfor fra fossilprotokollen.
Nå beskriver en ny studie, publisert 11. desember i tidsskriftet Proceedings of the Royal Society B, ikke én, men to Alalcomenaeus fossiler komplett med hjerner og alt deres avskjær.
"Det vi har å gjøre med i fossilprotokollen er eksepsjonelle omstendigheter. Dette er ikke vanlig - dette er super, supers sjeldent," sa medforfatter Javier Ortega-Hernández, en virvelløs paleobiolog ved Harvard University og kurator for Harvard Museum of Comparative Zoologi. Tidligere har paleontologer bare identifisert hverandre Alalcomenaeus eksemplet antas å ha nervøst vev, men funnet ble møtt med skepsis. Med ytterligere to eksemplarer i hånden, kan forskere nå være sikre på at nervevev faktisk kan fossileres og finnes i eksepsjonelle kambriske leddyrfossiler, sa Ortega-Hernández.
Langvarig debatt
Foruten Ortega-Hernández og teamet hans, er det bare en håndfull forskere som har rapportert å finne fossilisert nervevev i leddyr fra kambrium. I en artikkel fra 2012 beskrev forskere det første beviset på en fossilert leddyrhjerne, i en liten skapning som heter Fuxianhuia protensa. Selv om rapporten er bredt dekket i media, tiltrak rapporten kritikere.
"De sa: 'søppel, mye tull'," sa Nicholas Strausfeld, regenteprofessor i avdeling for nevrovitenskap ved University of Arizona og medforfatter av studien fra 2012, i tillegg til flere andre om hjernelignende funksjoner i leddyr. Noen paleontologer hevdet at basert på vår forståelse av hvordan dyr forfaller, kunne de fargede eksemplene Strausfeld og andre som ble avdekket umulig inneholde nervevev, sa Strausfeld. Noen teoretiserte at hjerneflekkene må være enten en merkelig fossilisering eller fossilerte bakteriebed, kjent som biofilmer.
Men nå fungerer den nye studien av Ortega-Hernández og hans kolleger som "en virkelig behagelig validering av tidligere arbeid," sa Strausfeld til Live Science. "Han har hvilt mange innvendinger fra folk."
I studien deres avdekket Ortega-Hernández og hans medforfattere en ny Alalcomenaeus fossilt begravet i Utah i et område med geologiske depresjoner kjent som det amerikanske storbassenget. Forfatterne bemerket symmetriske flekker langs skapningens midtlinje som lignet nervesystemets strukturer som finnes i noen moderne leddyr, inkludert hestesko krabber, edderkopper og skorpioner. "Nervesystemet og tarmen slags krysser hverandre, som er veldig funky, men vanlig i leddyr i dag," sa Ortega-Hernández til Live Science.
Flekkene inneholdt også påviselige nivåer av karbon, et nøkkelelement i nervevevet. De mørke flekkene plugget også inn i dyrets fire øyne, som man kunne forvente for nervesystemvev. Etter å ha sjekket alle disse kriteriene sa Ortega-Hernández at han med sikkerhet kunne rapportere om å finne fossilisert nervevev i det nyfundne eksemplet.
Men for å dobbeltsjekke funnene sine, undersøkte forfatterne også et sekund Alalcomenaeus fossil fra det amerikanske storbassenget. Opprinnelig gravd opp på 1990-tallet, prøvde prøven lignende flekker og karbonspor som den nyfundne fossilen. Dessuten stemte begge fossene fra Great Basin sammen med beskrivelser av et annet eksemplar som Strausfeld fant i Kina. Alle de tre fossilene ble funnet gravlagt i lignende forekomster, noe som indikerer at en unik konserveringsprosess lot hele hjernematerialet deres fossile, sa Ortega-Hernández.
Motargumenter
Selv om Ortega-Hernández og kollegene hans sjekket og dobbeltsjekket arbeidet sitt, må forfatterne generelt være forsiktige med å hevde å ha funnet en ekte fossil hjerne, "Jianni Liu, professor ved Early Life Institute i Institutt for geologi ved Northwest University i Xi'an, Kina, fortalte Live Science i en e-post. Liu argumenterer for at de uekte flekkene som er sett i kambriske fossiler, kan være en "litt tilfeldig effekt av forråtnelsesprosessen" i stedet for rester av hjernestoff.
I en studie fra 2018 undersøkte Liu og hennes kolleger rundt 800 fossiliserte prøver og fant ut at nesten 10% inneholdt blekete flekker i hodeområdet. Forfatterne gjennomgikk tidligere studier av dyreforfall og fant ut at nervevev har en tendens til å råtne raskt, men tarmbakterier kan feste seg rundt og "produsere disse såkalte biofilmene som utstråler som ser litt ut som deler av et nervesystem," skrev Liu.
Flere paleontologer, inkludert Strausfeld, påpekte at Liu ikke klarte å undersøke fossiler som angivelig inneholdt hjernevev, og at mangel på primærbevis markerer en "stor mangel" i studien hennes. Dessuten undersøkte prøvene Liu asymmetriske flekker i stedet for symmetriske flekker, noe som betyr at de uansett ikke ville blitt tolket som hjernevev, sa Strausfeld.
I tillegg måler studier av forfall ofte vevsnedbrytning i vann, mens nedgravde fossiler samhandler med et mangfold av kjemikalier som føres i sedimentet rundt dem, sa Ortega-Hernández. For eksempel antyder noen studier at en kombinasjon av leire og vannhopp starter en "kjemisk soling" -prosess som herder mykt vev i kroppen, ligner på hvordan spesielle kjemikalier kan forvandle smidig kuskinn til skinn, sa Ortega-Hernández.
Mer arbeid må gjøres for å tydeliggjøre sedimentets rolle i fossil konservering, men foreløpig tyder rikelig på at leddyr forblir under et sterkt press som størkner over tid, sa Strausfeld. Hjernen og nervene i dyret flater ut i prosessen, og fordi nervevev inneholder mye fett, avviser strukturene vann og "har en viss motstand mot forfall," sa han.
Til tross for bevisene til fordel for dem, kan Ortega-Hernández, Strausfeld og deres kolleger kanskje trenge å grave opp mye mer leddyrhjernebiter for å overbevise naysayers om at gamle hjerner kan fossile.
"Vi setter pris på forfatternes innsats for å rettferdiggjøre resultatene som ekte nervevev, men forblir skeptiske mens dataene kommer fra bare to fossiler," sa Liu. "Nye data er alltid velkomne, men som vi tidligere har nevnt, ville vi være mer overbevist om de anatomiske trekkene fremsto i en konsistent form på tvers av flere eksempler uavhengig av hverandre."
