Inky-Flecken, die in Fossilien von 500 Millionen Jahre alten käferähnlichen Kreaturen gefunden wurden, können wunderschön erhaltenes, symmetrisches Gehirngewebe sein. Der Fossilienfund kann dazu beitragen, eine hitzige wissenschaftliche Kontroverse zur Ruhe zu bringen - die Frage, ob Gehirne versteinert werden können.
Wissenschaftler entdeckten diese fleckigen Spuren in Fossilien des Arthropoden Alalcomenaeus, ein Tier, das sein Phylum mit modernen Insekten, Spinnen und Krebstieren teilt. Die Tiere lebten während der kambrischen Zeit, die vor etwa 543 bis 490 Millionen Jahren stattfand, und hatten ein hartes Exoskelett, das gut versteinerte. Aber die Weichteile des Gehirns und der Nerven der Kreatur verfielen oft und verschwanden daher aus dem Fossilienbestand.
Nun beschreibt eine neue Studie, die am 11. Dezember in der Zeitschrift Proceedings of the Royal Society B veröffentlicht wurde, nicht eine, sondern zwei Alalcomenaeus Fossilien mit Gehirn und all ihren Zutaten.
"Wir haben es im Fossilienbestand mit außergewöhnlichen Umständen zu tun. Dies ist nicht üblich - das ist super, super selten", sagte Co-Autor Javier Ortega-Hernández, Paläobiologe für Wirbellose an der Harvard University und Kurator des Harvard Museum of Comparative Zoologie. Bisher haben Paläontologen nur einen anderen identifiziert Alalcomenaeus Die Probe hatte vermutlich Nervengewebe, aber der Befund stieß auf Skepsis. Mit zwei weiteren Exemplaren in der Hand können Wissenschaftler nun sicher sein, dass Nervengewebe tatsächlich versteinert und in außergewöhnlichen Fossilien von kambrischen Arthropoden gefunden werden kann, sagte Ortega-Hernández.
Langjährige Debatte
Neben Ortega-Hernández und seinem Team haben nur wenige Forscher berichtet, dass sie versteinertes Nervengewebe in Arthropoden aus der Kambrienzeit gefunden haben. In einer Arbeit von 2012 beschrieben Wissenschaftler die ersten Hinweise auf ein versteinertes Arthropodengehirn in einer winzigen Kreatur namens Fuxianhuia protensa. Obwohl in den Medien weit verbreitet, zog der Bericht Kritiker an.
"Sie sagten: 'Quatsch, viel Unsinn'", sagte Nicholas Strausfeld, Professor für Regenten am Institut für Neurowissenschaften der Universität von Arizona und Mitautor der Studie von 2012, sowie mehrere andere über gehirnähnliche Merkmale in Arthropoden. Einige Paläontologen argumentierten, dass die gefärbten Exemplare Strausfeld und andere ausgegrabene Exemplare, basierend auf unserem Verständnis des Verfalls von Tieren, unmöglich Nervengewebe enthalten könnten, sagte Strausfeld. Einige theoretisierten, dass die Gehirnflecken entweder ein seltsamer Zufall der Fossilisierung oder versteinerte Bakterienbetten sein müssen, die als Biofilme bekannt sind.
Aber jetzt dient die neue Studie von Ortega-Hernández und seinen Kollegen als "wirklich erfreuliche Bestätigung früherer Arbeiten", sagte Strausfeld gegenüber Live Science. "Er hat viele Einwände von Menschen zur Ruhe gebracht."
Ortega-Hernández und seine Co-Autoren haben in ihrer Studie eine neue entdeckt Alalcomenaeus Fossil in Utah in einer Region geologischer Depressionen begraben, die als American Great Basin bekannt ist. Die Autoren stellten symmetrische Flecken entlang der Mittellinie der Kreatur fest, die den Strukturen des Nervensystems einiger moderner Arthropoden ähnelten, darunter Pfeilschwanzkrebse, Spinnen und Skorpione. "Das Nervensystem und der Darm kreuzen sich, was heutzutage sehr funky, aber bei Arthropoden üblich ist", sagte Ortega-Hernández gegenüber Live Science.
Die Färbungen enthielten auch nachweisbare Mengen an Kohlenstoff, einem Schlüsselelement im Nervengewebe. Die dunklen Flecken verstopften auch die vier Augen des Tieres, wie es für das Gewebe des Nervensystems zu erwarten wäre. Nachdem Ortega-Hernández alle diese Kriterien überprüft hatte, sagte er, er könne sicher berichten, versteinertes Nervengewebe in der neu gefundenen Probe gefunden zu haben.
Um ihre Ergebnisse noch einmal zu überprüfen, untersuchten die Autoren auch eine zweite Alalcomenaeus Fossil aus dem amerikanischen Great Basin. Das ursprünglich in den 1990er Jahren ausgegrabene Exemplar wies ähnliche Flecken und Kohlenstoffspuren auf wie das neu entdeckte Fossil. Darüber hinaus stimmten beide Fossilien des Great Basin mit den Beschreibungen eines anderen Exemplars überein, das Strausfeld in China gefunden hatte. Alle drei Fossilien seien in ähnlichen Lagerstätten vergraben gefunden worden, was darauf hinweist, dass ein einzigartiger Konservierungsprozess die Versteinerung ihrer gesamten Gehirnmaterie ermöglichte, sagte Ortega-Hernández.
Gegenargumente
Obwohl Ortega-Hernández und seine Kollegen ihre Arbeit überprüft und doppelt überprüft haben, müssen die Autoren "generell vorsichtig sein, wenn sie behaupten, ein echtes fossiles Gehirn gefunden zu haben", so Jianni Liu, Professor am Early Life Institute in der Abteilung für Geologie bei Die Northwest University in Xi'an, China, teilte Live Science in einer E-Mail mit. Liu argumentiert, dass die blöden Flecken in kambrischen Fossilien eher ein "leicht zufälliger Effekt des Zerfallsprozesses" als Reste von Hirnsubstanz sein könnten.
In einer Studie aus dem Jahr 2018 untersuchten Liu und ihre Kollegen etwa 800 versteinerte Proben und stellten fest, dass fast 10% Tintenflecken in der Kopfregion enthielten. Die Autoren überprüften frühere Studien zum Zerfall von Tieren und stellten fest, dass Nervengewebe dazu neigt, schnell zu zerfallen, aber Darmbakterien können herumstehen und "diese sogenannten Biofilme als strahlend produzieren, die ein bisschen wie Teile eines Nervensystems aussehen", schrieb Liu.
Mehrere Paläontologen, darunter Strausfeld, wiesen darauf hin, dass Liu Fossilien, die Berichten zufolge Hirngewebe enthielten, nicht untersuchte und dass das Fehlen von Primärbeweisen ein "großes Manko" in ihrer Studie darstellt. Darüber hinaus enthielten die von Liu untersuchten Proben eher asymmetrische als symmetrische Flecken, was bedeutet, dass sie ohnehin nicht als Gehirngewebe interpretiert worden wären, sagte Strausfeld.
Darüber hinaus messen Zerfallsstudien häufig den Gewebeabbau im Wasser, während vergrabene Fossilien mit einer Vielzahl von Chemikalien interagieren, die im Sediment um sie herum enthalten sind, sagte Ortega-Hernández. Zum Beispiel legen einige Studien nahe, dass eine Kombination aus Ton und Wasser einen "chemischen Bräunungsprozess" auslöst, der die Weichteile im Körper zäh macht, ähnlich wie bestimmte Chemikalien geschmeidiges Kuhfell in Leder verwandeln können, sagte Ortega-Hernández.
Es muss noch mehr Arbeit geleistet werden, um die Rolle des Sediments bei der Erhaltung von Fossilien zu klären. Derzeit deuten jedoch zahlreiche Hinweise darauf hin, dass Arthropoden im Laufe der Zeit unter starkem Druck stehen und sich verfestigen, sagte Strausfeld. Das Gehirn und die Nerven im Tier werden dabei abgeflacht, und da das Nervengewebe viel Fett enthält, stoßen die Strukturen Wasser ab und "haben einen gewissen Widerstand gegen Verfall", sagte er.
Trotz der Beweise für sie müssen Ortega-Hernández, Strausfeld und ihre Kollegen möglicherweise viel mehr Arthropoden-Hirnstücke ausgraben, um die Neinsager davon zu überzeugen, dass alte Gehirne versteinern können.
"Wir schätzen die Bemühungen der Autoren, ihre Ergebnisse als echtes Nervengewebe zu rechtfertigen, bleiben jedoch skeptisch, während die Daten nur aus zwei Fossilien stammen", sagte Liu. "Neue Daten sind immer willkommen, aber wie bereits erwähnt, wären wir mehr davon überzeugt, wenn die anatomischen Merkmale in mehreren Proben unabhängig voneinander in konsistenter Form auftreten würden."
