百年前英国煤矿出土的3.19亿年前鱼类化石中发现最古老的脊椎动物完整大脑(Credit: Márcio L. Castro./ Jeremy Marble, University of Michigan News.)
据科技日报（实习记者张佳欣）：一个多世纪前，一块3.19亿年前的鱼化石在英国一煤矿中被发现。它的头骨显微CT扫描图表明，这是迄今保存完好的世界上最古老脊椎动物大脑。
据扫描，该大脑及其脑神经大约有2.5厘米长，属于已经灭绝的早期辐鳍鱼纲下的Coccocephalus wildi（以下简称C.wildi）。美国密歇根大学主导了这项研究，相关论文近日发表在《自然》杂志上。
研究作者表示，这一发现为人们了解今天存活的主要鱼类，即射线鳍鱼的神经解剖结构及其早期进化过程打开了一扇窗。
研究人员认为，C.wildi是一种早期的辐鳍鱼，大小与鲷鱼相当（15—20厘米长），生活在河口，很可能以小型甲壳类、水生昆虫和头足类动物为食。射线鳍鱼的脊骨和鳍由称为射线的骨杆支撑。
当鱼死后，其大脑和脑神经的软组织在石化过程中被一种致密的矿物取代，这种矿物以精致的细节保存了它们的三维结构。
鳍鱼在大脑的早期形成过程中表现出一种不同寻常的特征。胚胎神经管通过前脑背壁的外翻（向内折叠）生长。这导致前脑形成在两个不包围脑室（充满脑脊液的空腔）的实心半球中。这与所有其他脊椎动物的早期大脑发育都不同，例如哺乳动物、鸟类和爬行动物。
但研究人员发现，C.wildi并非如此，它是辐鳍鱼中唯一没有表现出其群体典型大脑发育的例子。它的大脑以与其他脊椎动物相同的方式发育，使其不同于所有现存的辐鳍鱼。研究人员说，C.wildi没有外翻前脑，这一特征是该群体后期进化而来。
软组织，如大脑，通常腐烂得非常快，这意味着身体这些部位的化石所剩无几。这就是为什么在博物馆中保存的大多数化石都是身体的坚硬部分，例如骨骼、牙齿和贝壳。因此这一偶然发现也为保存脊椎动物化石中的软组织提供了新见解。
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据中国科学报：近日，科学家通过扫描3.19亿年前的鱼化石，发现了最古老的脊椎动物完整大脑。该大脑及其脑神经约1英寸长，属于一种已经灭绝的蓝鳃鱼。美国密歇根大学的这项最新发现，为摸清当今主要鱼类“鳍鱼”的神经解剖和早期进化打开了一扇窗。相关研究2月1日发表于《自然》。这一意外发现也为脊椎动物化石中软组织的保存提供了新见解。
博物馆收藏的大多数动物化石都由骨骼、牙齿和贝壳等坚硬的身体部位形成。而通过计算机断层扫描（CT）技术发现的大脑，属于一种名为Coccocephalus wildi的物种，这是一种早期的鳍鱼纲鱼类，多以小型甲壳类动物、水生昆虫和头足类动物为食。
当鱼死后，其大脑和脑神经的软组织在石化过程中被一种致密的矿物质取代，这种矿物质以精致的细节保存了它们的三维结构。
这项新研究的资深作者、古生物博物馆馆长、密歇根大学古生物学家Matt Friedman说：“一个重要的结论是，这些柔软的部分可以保存下来，而且是保存在一块化石中。”
“这一不起眼儿的小化石，不仅向我们展示了最古老的脊椎动物大脑化石，而且还表明，我们对人类大脑进化的许多想法都需要修改。”该论文第一作者、密歇根大学博士生Rodrigo Figueroa说。
这块头骨化石是该物种唯一已知的标本，所以在这项研究中只能使用非破坏性技术。
研究人员使用CT观察了早期鳐鳍鱼的头骨内部。更大规模研究的目标是获得内部解剖细节，为进化关系提供证据。在CT图像上，一个不明斑点比头骨或周围岩石更亮，因其密度可能更大。
“在化石中看到无定形矿物生长是很常见的，但它具有明确的结构。”Friedman说。这个神秘物体显示出脊椎动物大脑的几个特征：它是双侧对称的，包含与脑室外观相似的中空空间，有多个丝状体伸向脑壳的开口处，在外观上类似于脑神经。
当这条鱼死亡时，科学家怀疑它很快就被埋在了缺氧的沉积物中。这样的环境可以减缓身体柔软部位的分解。Figueroa说，此外，头骨内的化学微环境可能有助于保存脆弱的脑组织，并将其替换为致密的矿物质，可能是黄铁矿。
对化石的详细分析以及与该校动物博物馆收藏的现代鱼类标本进行的大脑比较显示，Coccocephalus的大脑有一个葡萄干大小的中央体，有3个主要区域，大致对应于现存鱼类的前脑、中脑和后脑。根据作者的说法，该大脑结构表明了一种比现有物种更复杂的鱼脑进化模式。
例如，所有活的鳍鱼都有外翻的大脑，这意味着胚胎鱼的大脑是通过从胚胎内部向外折叠组织发育的，就像一只袜子从内向外翻转一样。所有其他脊椎动物都有外翻的大脑，这意味着发育中的大脑神经组织向内折叠。
“与所有活的鳍鱼不同，Coccocephalus的大脑向内折叠。”Friedman说，“因此，这一化石反映了鳍鱼脑特征进化前的情况。这给我们提供了一些关于这种特征何时进化的限制条件。”
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05666-1
