Bråkiga fläckar som finns i fossiler från 500 miljoner år gamla buggliknande varelser kan vara vackert bevarade, symmetriska hjärnvävnad. Det fossila fyndet kan hjälpa till att lägga en upphettad vetenskaplig kontrovers för att vila - frågan om hjärnor kan fossiliseras.
Forskare upptäckte dessa fläckiga märken i leddjurens fossil Alalcomenaeus, ett djur som delar sin filum med moderna insekter, spindlar och kräftdjur. Djuren levde under den kambriska perioden, som ägde rum mellan cirka 543 miljoner och 490 miljoner år sedan, och sportade en tuff exoskelett som fossiliserades väl. Men de mjuka vävnaderna i varelsens hjärna och nerver tappade ofta och försvann därför från fossilposten.
Nu beskriver en ny studie, publicerad 11 december i tidskriften Proceedings of the Royal Society B, inte en utan två Alalcomenaeus fossil komplett med hjärnor och alla deras beslag.
"Det vi har att göra med i fossilregistret är exceptionella omständigheter. Detta är inte vanligt - det är super, supersällsynt," sa medförfattaren Javier Ortega-Hernández, en ryggradslös paleobiolog vid Harvard University och kurator vid Harvard Museum of Comparative Zoologi. Tidigare har paleontologer bara identifierat en annan Alalcomenaeus provet trodde ha nervvävnad, men konstaterandet möttes med skepsis. Med ytterligare två exemplar i handen kan forskare nu vara säkra på att nervvävnad faktiskt kan fossiliseras och hittas i exceptionella kambriska leddjurfossiler, sa Ortega-Hernández.
Långvarig debatt
Förutom Ortega-Hernández och hans team har bara en handfull forskare rapporterat att de hittat fossiliserad nervvävnad i leddjur från kambriumperioden. I ett papper från 2012 beskrev forskare det första beviset på en fossiliserad leddjurhjärna, i en liten varelse som heter Fuxianhuia protensa. Trots att det omfattas av media, lockade rapporten kritiker.
"De sa," skräp, mycket nonsens ", sade Nicholas Strausfeld, regentsprofessor vid avdelningen för neurovetenskap vid University of Arizona och medförfattare till 2012-studien, liksom flera andra om hjärnliknande funktioner i leddjur. Vissa paleontologer hävdade att baserade på vår förståelse för hur djur förfaller, de färgade proverna Strausfeld och andra som upptäcktes inte kunde innehålla nervvävnad, sa Strausfeld. Vissa teoretiserade att hjärnfläckarna måste vara antingen en konstig sprut av fossilisering eller fossiliserade bäddar av bakterier, känd som biofilmer.
Men nu fungerar den nya studien av Ortega-Hernández och hans kollegor som "en riktigt tilltalande validering av tidigare arbete", berättade Strausfeld till Live Science. "Han har viljat många invändningar från människor."
I sin studie avslöjade Ortega-Hernández och hans medförfattare en ny Alalcomenaeus fossil begravd i Utah inom en region med geologiska depressioner känd som den amerikanska storbassängen. Författarna noterade symmetriska fläckar längs varelsens mittlinje som liknade nervsystemets strukturer som finns i vissa moderna leddjur, inklusive hästskokrabbor, spindlar och skorpioner. "Nervsystemet och tarmen korsar varandra, vilket är riktigt funky men vanligt i leddjur nuförtiden", sa Ortega-Hernández till Live Science.
Fläckarna innehöll också detekterbara nivåer av kol, ett viktigt element i nervvävnaden. De mörka fläckarna anslutits också till djurets fyra ögon, som man kunde förvänta sig för nervsystemets vävnad. Efter att ha kontrollerat alla dessa kriterier sa Ortega-Hernández att han med säkerhet kunde rapportera att han hittade fossiliserad nervvävnad i det nyfundade exemplet.
Men för att dubbelkontrollera sina resultat undersökte författarna också en sekund Alalcomenaeus fossil från den amerikanska storbassängen. Ursprungligen grävdes upp på 1990-talet, provet sportade liknande fläckar och kolspår som den nyfundna fossilen. Båda fossilerna i Great Basin matchade dessutom beskrivningar av ett annat prov som Strausfeld hittade i Kina. Alla tre fossiler hade hittats begravda i liknande avlagringar, vilket indikerar att en unik bevarandeprocess tillät allt deras hjärnämne att fossilera, sa Ortega-Hernández.
Motargument
Även om Ortega-Hernández och hans kollegor kontrollerade och dubbelkontrollerade sitt arbete, måste författarna "i allmänhet vara försiktiga med att påstå att de har hittat en äkta fossil hjärna," Jianni Liu, professor vid Early Life Institute i Institutionen för geologi på Northwest University i Xi'an, Kina, berättade för Live Science i ett e-postmeddelande. Liu hävdar att de klumpiga fläckarna som ses i kambriska fossiler kan vara en "något slumpmässig effekt av förfallprocessen" snarare än rester av hjärnämnen.
I en studie 2018 undersökte Liu och hennes kollegor cirka 800 fossiliserade prover och fann att nästan 10% innehöll bläckfärgade fläckar i huvudregionen. Författarna granskade tidigare studier av djurförfall och fann att nervvävnad tenderar att förfalla snabbt, men tarmbakterier kan hålla sig runt och "producera dessa så kallade biofilmer som strålar ut som ser ut som delar av ett nervsystem," skrev Liu.
Flera paleontologer, inklusive Strausfeld, påpekade att Liu misslyckades med att undersöka fossil som enligt uppgift innehöll hjärnvävnad, och att bristen på primära bevis tyder på en "stor brist" i hennes studie. Dessutom undersöktes exemplen Liu som innehöll asymmetriska fläckar snarare än symmetriska, vilket innebär att de inte skulle ha tolkats som hjärnvävnad ändå, sa Strausfeld.
Dessutom mäter undersökningar av förfall ofta vävnadsnedbrytning i vatten, medan begravda fossiler interagerar med en mängd kemikalier som transporteras i sedimentet runt dem, sa Ortega-Hernández. Till exempel föreslår vissa studier att en kombination av lera och vatten hoppar igång en "kemisk garvning" -process som härdar mjukvävnader i kroppen, liknande hur vissa kemikalier kan förvandla smidig kohud till läder, sa Ortega-Hernández.
Mer arbete måste göras för att klargöra sedimentets roll i fossil konservering, men från och med nu, tillräckligt med bevis tyder på att leddjur förblir under intensivt tryck stelnar över tid, sade Strausfeld. Hjärnan och nerverna i djuret plattar ut i processen, och eftersom nervvävnaden innehåller massor av fett, stöter strukturerna vatten och "har en viss motstånd mot förfall", sade han.
Trots bevisen till deras fördel kan Ortega-Hernández, Strausfeld och deras kollegor behöva gräva upp mycket mer leddjur hjärnbitar för att övertyga naysayers att forntida hjärnor kan fossilera.
"Vi uppskattar författarnas ansträngningar att motivera deras resultat som äkta nervvävnad, men förblir skeptiska medan uppgifterna kommer från endast två fossiler," sade Liu. "Nya data är alltid välkomna, men som vi tidigare noterat, skulle vi vara mer övertygade om de anatomiska funktionerna verkade i en konsekvent form över flera exemplar oberoende."
