Древняя окаменелость рыбы сохранила свой мозг на протяжении 300 млн лет

Фото из открытых источников

Большинство ископаемых останков содержат лишь кости и ничего больше. Лишь немногие сохраняют нечто гораздо более хрупкое. Более 300 миллионов лет назад крошечная рыбка размером с пескаря опустилась в ил доисторического болота недалеко от Траудена, деревни в Ланкашире на северо-западе Англии. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Его тело осело в мягких отложениях между угольными пластами в угольных месторождениях Бернли. То, что произошло дальше, было маловероятно. Благодаря сочетанию химических процессов, стечения обстоятельств и чистой удачи, рыба сохранила гораздо больше, чем просто скелет.

Мягкие ткани его мозга тоже сохранились. Этот единственный факт привлёк пристальное внимание палеонтологов. Мозг недолговечен. Он разрушается быстрее, чем почти любая другая ткань, поэтому редко окаменевает.

«Сохранение мягких тканей в целом нечасто встречается в палеонтологической летописи, и обычно сохраняются такие структуры, как кожа или мышцы. Нервные ткани сохраняются крайне редко, поскольку они очень быстро разлагаются», — говорит ведущий автор исследования Абигейл Карон из Чикагского университета. «Таким образом, важность этого образца заключается в том, что теперь мы можем изучать эволюцию мозга на подобных ископаемых, где у нас есть только костные части или их заполнение».

У этого животного есть собственное название — Trawdenia planti. Это была лучепёрая рыба, группа, определяемая тонкими плавниками, расположенными над костными шипами. Эта группа — не просто небольшая боковая ветвь. Лучепёрые рыбы составляют почти 99% из более чем 30 000 видов рыб, существующих сегодня, и примерно половину всех ныне живущих позвоночных.

Когда команда исследовала череп рыбы, оказалось, что сохранившийся мозг не болтался в слишком большой полости. Оно почти идеально заполняло пространство. Это противоречит распространённой тенденции, когда ископаемые мозги выглядят слишком маленькими для тех коробочек, в которых они когда-то хранились.

Плотное прилегание несёт в себе полезный урок. Если мозг заполнял футляр у этой рыбы, то внутренняя часть футляра может заменить мозг даже после удаления мягких тканей.

Эта идея превращает тысячи ископаемых костных черепов в потенциальные свидетельства формы и размера мозга. Внезапно объем данных для изучения раннего мозга кажется намного больше. Рыбы, распространившиеся после девонского периода, долгое время ставили в тупик исследователей, пытавшихся связать их с современными группами.

Майкл Коутс из Чикагского университета называет эту путаницу «подобной кусту у подножия эволюционного дерева».

Trawdenia planti помогает немного подрезать куст. Ее мозг имеет особенности, указывающие на сходство с современными осетрами и веслоносами, включая фрагмент мозжечка, который обволакивает среднюю часть мозга.

Коутс отмечает изменение в том, как следует интерпретировать эти рыбьи мозги.

«Изучая форму мягких тканей, мы понимаем, что важны не их относительные размеры, а то, как они расположены внутри черепа», — сказал Коутс. «Возможно, мы наблюдаем самую раннюю радиацию рыб, которые сегодня представлены веслоносами и осетрами».

История этого ископаемого почти так же драматична, как и научная версия. Впервые оно было обнаружено в 1888 году. Шахтеры в окрестностях Ланкашира собирали окаменелости как диковинки. Геологи тоже хотели их найти, поскольку окаменелости растений помогали составить карту самых богатых угольных пластов под землей.

Каменный комок, в котором находилась рыба, был расколот на две части. Обе части были отправлены в музей естественной истории в Лондоне и хранились там как отдельные экспонаты. Долгие годы никто не связывал их между собой. В конце концов доктор Коутс понял, что эти две половины — одно и то же животное.

Коутс начал изучать окаменелость в 1990-х годах и описал ее скелет в статье 1999 года. Он вернулся к этой теме, используя компьютерную томографию для публикации 2018 года, в сотрудничестве с Кристен Титьен, научным иллюстратором, которая тогда работала в его лаборатории, а сейчас — в Университете Канзаса.

Более четкие изображения и более ресурсоемкие вычисления позволили выявить наружную и внутреннюю мембраны нервной ткани, выстилающей черепную коробку. В ходе сканирования также были обнаружены структуры желудочков, которые когда-то перемещали спинномозговую жидкость по голове. Трехмерные модели, построенные на основе этих данных, подтвердили, что мозг заполнил эту полость.

Это открытие открывает перед исследователями новый взгляд на проблему. По мере совершенствования методов визуализации могут быть обнаружены новые образцы раннего строения мозга рыб, даже у тех экземпляров, которые не сохранили свои мягкие ткани.

«Возможно, раньше у нас просто не было технологий для поиска подобных признаков, но такое сохранение возможно только в очень особых обстоятельствах», — говорит Карон. «Безусловно, образцов с достаточно хорошей морфологией черепной коробки гораздо больше, чем образцов с хорошей сохранностью мягких тканей. Таким образом, это значительно расширяет набор данных, которые можно использовать для изучения эволюции мозга на основе различных ископаемых останков».