近3.2億年歷史魚頭化石竟保存迄今最古老大腦立體結構

上週刊於《自然》的研究對一條有 3.19 億年歷史的魚類頭骨化石進行掃描，發現了當中保存完好的大腦，是迄今已知最古老的有脊椎動物大腦，為學界了解硬骨魚的早期演化提供了新資訊。

該頭骨化石是一個多世紀前，在英格蘭一個煤礦中發現，並被命名為 Coccocephalus wildi 。

該化石亦是此已滅絕魚類品種唯一已知的樣本，因此美國密歇根大學和英國伯明翰大學的聯合團隊需要使用電腦斷層掃描 (CT) 掃描的非破壞性成像技術，觀察其頭骨內部並檢查其內部結構，而 CT 圖像發現了一個「不明斑點」，令團隊相當驚喜。因為該斑點擁有可清晰定義的結構，具有在有脊椎動物大腦中發現的雙側對稱特徵，且包含與腦室相似的中空空間，以及類似腦神經的延伸細絲。

有參與研究的伯明翰大學有脊椎動物古生物學家 Sam Giles 向 CNN 表示，發現令人興奮和意想不到，團隊本身並不知道頭骨內仍存有大腦結構，而他們亦花了一段時間才確定結構確實是一個大腦。她說：「這塊化石中的大腦解剖結構對我們理解魚類大腦演化具有重要意義。」

C. wildi 是一種早期的輻鰭魚（擁有輻射狀的骨質或角質鰭條支撐的皮膜的魚類），相信有 15 至 20 厘米長，在河口以吃小型水生動物和水生昆蟲維生。

團隊指，現存輻鰭魚的大腦顯示出其他有脊椎動物無的結構特徵，最明顯的是由向外折疊的神經組織組成的前腦。在其他有脊椎動物中，這種神經組織向內折疊。而 C. wildi 缺乏現存輻鰭魚的這種前腦特徵，其前腦中的「端腦 (telencephalon) 」結構更類似於其他有脊椎動物，如兩棲類、鳥類、爬行類，甚至是哺乳類。換言之，現存輻鰭魚的前腦特徵在 C. wildi 後一段長時間才演化出來。

密歇根大學古生物學博物館博士生 Rodrigo Tinoco Figueroa 表示，人類對有脊椎動物大腦演化的了解主要因為我們對現存物種的了解而被局限，但 C. wildi 化石幫助學界填補知識的重要空白。

與堅硬的骨骼和牙齒不同，生物學家很少能在動物化石中找到成功保存的腦或其他內臟這些軟組織。

然而，團隊指出，C. wildi 的大腦保存得「異常」完好，且仍有立體結構，而非相對常見的壓平結構。

Figueroa 表示，頭骨是在皂石層中發現的，該石層的低氧濃度，以及細粒沉積物迅速掩沒魚屍並保存魚腦發揮了關鍵作用。

團隊接下來將會弄清楚像大腦這樣微細的特徵，究竟是如何保存數億年，並尋找更多也有保存到大腦的動物化石。

來源：
CNN, A 319-million-year-old brain has been discovered. It could be the oldest of its kind

報告：
Figueroa, R.T., Goodvin, D., Kolmann, M.A. & et al. (2023). Exceptional fossil preservation and evolution of the ray-finned fish brain. Nature. doi: 10.1038/s41586-022-05666-1

文／AC