百年前英国煤矿出土的3.19亿年前鱼类头骨化石保存了迄今最古老的脊椎动物完整大脑

C. wildi及其脑结构的艺术概念图（图片来源：Márcio L. Castro）

3.19亿年前的C. wildi头骨化石（图片来源：Jeremy Marble, University of Michigan News）

对化石的CT扫描发现了脑部结构（Credit: Figueroa et al. in Nature, February 2023.）

两种脑部发育模式以及该特征在演化树上的位置
（神秘的地球uux.cn）据药明康德内容团队：100多年前，英国的前英前鱼一座煤矿出土了一块不起眼的史前鱼类头骨化石。在此后的国煤骨化古老很长一段时间内，这枚化石都没有受到特别的矿出关注。但随着研究技术的亿年发展，化石守了3亿多年的石保秘密终于藏不住了。《自然》杂志的存迄一项最新研究发现，这枚化石保存了迄今最古老的今最脊椎动物完整大脑结构，为理解脊椎动物的椎动整大脑演化提供了重要线索。
1925年，物完古生物学家已经确认化石属于一种已灭绝的百年辐鳍鱼（辐鳍鱼纲是脊椎动物最大的类群，今天绝大多数的前英前鱼鱼类都属于这一类），拉丁学名为Coccocephalus wildi。国煤骨化古老据推测，矿出这条鱼全长在15~20厘米之间，亿年而颌与牙齿的形态告诉我们，这很可能是一种食肉鱼类。
当近百年后的科学家重新从博物馆借走这枚来自3.19亿年前的化石，试图用计算机断层扫描（CT）在不破坏化石的情况下看清头骨内部的解剖结构时，他们也没有预想到，等待他们的是一项如此重磅的发现。
在CT成像结果中，头骨内出现了一块不同寻常的团块结构——在图像中更亮，也就是说相比于头骨和周围岩石密度更大。虽然长度只有不到3厘米，但足以令研究团队感到兴奋。
更细致的观察显示，这个结构还有着明显的特征：两侧对称，含有类似于脑室的空间，并且有大量纤维状的结构向外延伸。这些特征都符合脊椎动物的大脑与脑神经结构。
之后，分辨率更高的扫描进一步确认了这正是鱼的脑部结构！
如果你对化石的形成过程有基本认识，就会意识到形成脑部化石是多么不可思议。
首先要知道的是，我们今天看到的化石——无论是骨骼、牙齿，还是其他器官，都不是动物原本的材料，而是在埋藏过程中，其他矿物取代、占据了生物材料原本的空间。也就是说，我们看到的其实是这些器官的形态。
但是，相比于坚硬的骨骼、牙齿或是外壳，大脑的腐烂、分解要迅速的多，结果往往是还没来得及被矿物取代，就已经腐烂了。
对于最新研究的化石，研究人员推测，之所以能完好保存大脑结构，是因为这条鱼死亡后迅速被沉积物掩埋，几乎不含氧气的环境可以尽量延缓软组织的分解。此外，头骨内部的化学微环境也有助于保存精细的脑组织，最终被矿物（很可能是黄铁矿）取代，保留下了大脑与脑神经精细的三维结构。
在此之前，科学家们对于无脊椎动物脑部结构的搜寻似乎要更加成功。例如，有研究发现了3.1亿年前的鲎的完整脑部，甚至有证据表明，在超过5亿年前的扁平化石标本中也出现了脑部和神经结构。而这枚3.19亿年前脊椎动物的完好脑部化石，为我们理解大脑的演化模式提供了重要线索。
研究团队将化石与现代鱼类的脑部进行对比。化石中的脑部有一团葡萄干大小的中心结构，包含了3个主要区域，大致对应于今天鱼类的前、中和后脑。研究团队还注意到，化石与现存辐鳍鱼的大脑有着关键的差异。
对于包括人类在内的多数脊椎动物，胚胎期的神经管是向内弯曲的，这样在发育之后，两个半球之间形成了空间较大的脑室；但现存的辐鳍鱼恰好相反，神经管向外弯曲，由此两个半球间形成的脑室十分狭窄。
C. wildi的脑部结构不同于今天的辐鳍鱼，而是与人类等其他脊椎动物一致。这说明，现生辐鳍鱼这一脑部发育特征的出现一定晚于3.19亿年。此外，化石中的大脑与今天的鲟鱼更相近，后者在3亿多年前与今天的辐鳍鱼分道扬镳，在今天看来是更“原始”的鱼类。
接下来，研究团队还将对更多辐鳍鱼化石展开CT扫描。这些穿越了亿年历史、并在博物馆中沉睡多年的化石，有望在新技术的支持下迎来新生。
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（神秘的地球uux.cn）据南方都市报（记者 陈林）：据最新一期《自然》杂志刊发的论文，一个英美联合科学团队用CT扫描了一块3.2亿年前的鱼化石，发现其中竟然保存了世界上“最古老的大脑”，这个意外发现让科学家们对鱼类大脑的进化有了“惊人的了解”。
据报道，这块鱼头骨化石于1925年在英国兰开夏郡Trawden附近的Carre Heys煤矿被发现，此后一直保存在曼彻斯特博物馆。
这个头骨化石最初看起来“并不引人注目”，直到一个英美联合科学团队决定将其送去做CT扫描，它隐藏的秘密才被揭开。
扫描发现了在脊椎动物大脑的几个特征，如双侧对称，中空空间在外观上类似于脑室，有多个丝状物向脑壳上的开口延伸，外观类似颅神经。
研究小组表示，从下巴和牙齿的形状来看，这条鱼是一种食肉的早期鳐鱼Coccocephalus wildi，大小和鳊鱼差不多，在河口游动，可能以小型甲壳动物、水生昆虫和头足类动物为食，如鱿鱼、章鱼和墨鱼等。
论文作者之一、英国伯明翰大学的Sam Giles博士表示，这个意外发现的三维保存的脊椎动物大脑让我们对鳐鱼的神经解剖有了惊人的了解。
他表示，这块化石告诉我们一个比仅由活体物种提示的更复杂的大脑进化模式，使我们能够更好地定义今天的骨鱼是如何以及何时进化的。
论文作者之一、美国密歇根大学的博士生Rodrigo Figueroa表示，这块表面上不起眼的小化石不仅向我们展示了最古老的脊椎动物大脑化石的例子，而且它还表明，我们仅从活体物种中对大脑进化的许多想法将需要重新修订。
论文作者之一、密歇根大学的Matt Friedman教授表示，一个重要的结论是，大脑这类软体部分可以被保存下来，而且可能被保存在已经有很长一段时间的化石中。
据悉，动物死亡后，像大脑这样的软组织通常会很快腐烂。但是当这条鱼死后，在化石化的过程中，它的大脑和颅神经的软组织被一种致密的矿物所取代，精致地保留了它们的三维结构。
研究人员表示，这条鱼可能很快就被埋在了缺氧的沉积物中，这样的环境可以减缓软体部分的分解。
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（神秘的地球uux.cn）据正观新闻综合美国有线电视新闻网（CNN）报道：当地时间2月1日，新发表于《自然》（Nature）杂志的研究显示，一个世纪之前出土于英国、距今3.19亿年的辐鳍鱼化石具有迄今为止最古老且保存完好的脊椎动物大脑，属于早期辐鳍鱼纲（Actinopterygii）其中的一种——C. wildi。该项研究能促进对辐鳍鱼所属硬骨鱼纲的脑部演化的理解。
根据研究人员利用CT对该化石的扫描结果显示，这种辐鳍鱼类体型与在河口生存的鲤科相仿，约有15至20厘米长。从下巴形状和牙齿来看，它可能是以小型水生动物和水生昆虫为食的食肉动物。
这种辐鳍鱼类之所以有研究价值，是因为科学家们此前发现的长达5亿年的无脊椎动物大脑都是扁平的，而C. wildi的大脑则是立体的。此外，这种辐鳍鱼类虽属辐鳍鱼纲，脑部结构却与现存其他辐鳍鱼类不同，其大脑中的前脑是向内折叠，现存其他辐鳍鱼类的前脑则是向外折叠。
密歇根大学古生物学博物馆的博士生研究者称：“我们对脊椎动物大脑进化的了解大多局限于我们对现存物种的了解，但这块化石帮助我们填补了重要的知识空白，而这些知识只能从出土的类似特殊化石中获得。”
随着研究不断传出最新进展，未来科学家们会在揭秘脊椎动物大脑进化史上拥有更多突破。
相关：“最古老”鱼类大脑样本出炉
（神秘的地球uux.cn）据参考消息网：英国《泰晤士报》网站2月1日报道，在兰开郡（兰开夏）一个煤矿发现的一条3.2亿年前的鱼化石拥有保存完好的脊椎动物大脑的最古老样本。
专家表示，这一“惊人发现”有望改写古代硬骨鱼类大脑如何进化的历史。
几十年来，这项发现一直处于被忽视状态。根据发表在英国《自然》周刊上的一项研究，它是在兰开郡特罗登附近的卡雷海斯的一个煤矿中发掘出来的，并于1925年首次得到描述。只有头骨被复原，研究没有继续。
一个英美研究小组重新对其进行了研究。他们利用CT扫描——一种X射线——来观察这个生物的头部内部。
他们发现了一个惊人的保存完好的大脑和约1英寸（约合2.5厘米）长的脑神经。
领导这项研究的密歇根大学的罗德里戈·菲格罗阿说：“这个表面看来不起眼的小化石不仅向我们展示了脊椎动物大脑化石的最古老样本，而且它还表明，我们仅从现存物种中得出的对大脑进化的许多想法将需要重新修正。”
这条鱼名为Coccocephalus，大约有6到8英寸长。
它可能生活在河口，从它的下颌和牙齿的形状来看，它可能是食肉动物，吃小型甲壳类动物和昆虫。
大脑等软组织通常腐烂得非常快，这意味着很少有化石能够留存下来。
当这条鱼死去时，它可能很快就被掩埋在几乎没有氧气的沉积物中。这样的环境能够减缓柔软身体部位的分解。
这使脑组织非常缓慢地被一种致密的矿物质取代，这种矿物质保留了其三维结构的精致细节。
该研究的资深作者、伯明翰大学的萨姆·贾尔斯说：“与现存鱼类的对比表明，Coccocephalus的大脑与匙吻鲟和白鲟的大脑最为相似，这两者通常被称为‘原始’鱼类，因为它们在3亿多年前与所有其他现存的辐鳍鱼在进化道路上分道扬镳。”