早在19世紀(jì)中葉，著名生物學(xué)家達(dá)爾文已經(jīng)敏銳地意識(shí)到了地球上地質(zhì)記錄的“缺陷”。他在《物種起源》中準(zhǔn)確地指出，除非條件恰到好處，否則生物其實(shí)很難作為化石被保存下來(lái)，即使是那些存在骨骼和貝殼的生物也是如此。

　　他還認(rèn)為，“沒(méi)有一種完全柔軟的生物能被保存下來(lái)”。

　　然而關(guān)于后者，他的話“說(shuō)早了”。在《物種起源》出版后的一個(gè)多世紀(jì)，人們更努力地搜尋著化石。我們現(xiàn)在已經(jīng)知道，保存軟體生物是可能的，甚至一些看似最脆弱的生物也出現(xiàn)在了化石記錄中，比如水母。

　　但是，動(dòng)物身體精細(xì)的解剖結(jié)構(gòu)呢？比如它們的腦、內(nèi)臟或者其他器官，這些也能變成化石被保留下來(lái)嗎？

　　這些化石記錄其實(shí)非常罕見(jiàn)。但近日發(fā)表在《地質(zhì)學(xué)》期刊上的研究展示了一只古代水生節(jié)肢動(dòng)物，也就是一種肢體分節(jié)的無(wú)脊椎動(dòng)物，它精巧的腦部是如何被保存下來(lái)的。

（A） 美國(guó)伊利諾伊州馬宗克里克發(fā)現(xiàn)的鱟化石標(biāo)本，它擁有保存完好的腦。（B） 化石腦特寫，即圖（A）中方框位置。（C） 鱟的重建，包括腦的位置和解剖學(xué)細(xì)節(jié)。圖片來(lái)源：Bicknell， R。 via UNE

　　研究人員在美國(guó)發(fā)現(xiàn)了一只3.1億年前的鱟（Euproops danae），其腦部幾乎完好無(wú)損，它也是目前發(fā)現(xiàn)的最古老的中樞神經(jīng)系統(tǒng)保存完好的節(jié)肢動(dòng)物化石之一。

　　有關(guān)史前動(dòng)物的軟組織的化石記錄其實(shí)非常有限，尤其是像腦部這樣精巧的器官。目前，我們對(duì)史前節(jié)肢動(dòng)物腦的大部分了解主要來(lái)自兩種關(guān)鍵類型的化石沉積，分別是琥珀和伯吉斯頁(yè)巖這類巖石。

　　琥珀是一種樹皮滲出的樹脂化石，它能捕獲很多種生物。被困在其中的個(gè)體通常以節(jié)肢動(dòng)物為代表，比如各種昆蟲。在著名電影《侏羅紀(jì)公園》中，琥珀就是一種非常關(guān)鍵的化石。

　　《侏羅紀(jì)公園》劇照。|圖片來(lái)源：電影《侏羅紀(jì)公園》

　　這些化石保存了大量令人難以置信的解剖細(xì)節(jié)，甚至能夠包含一些動(dòng)物行為的細(xì)節(jié)，這主要是因?yàn)樯锿谝凰查g被困在樹脂中，之后就幾乎不會(huì)腐爛。

　　通過(guò)復(fù)雜的成像技術(shù)對(duì)琥珀化石進(jìn)行研究，古生物學(xué)家可以在極小的尺度上了解微小的節(jié)肢動(dòng)物腦部的三維特征。然而，目前琥珀中發(fā)現(xiàn)的最古老的節(jié)肢動(dòng)物只能追溯到三疊紀(jì)，也就是約2.3億年前。

　　一塊約有2300萬(wàn)年歷史的墨西哥琥珀，里面有一只蜈蚣和一只螞蟻。|圖片來(lái)源：Greg Edgecombe via UNE

　　伯吉斯頁(yè)巖這種類型的沉積則更古老，時(shí)間上來(lái)說(shuō)大約在寒武紀(jì)，通常在5億至5.2億年前。它們中包含著大量保存完好的海洋節(jié)肢動(dòng)物。

　　這些化石非常重要，因?yàn)樗鼈兇砹艘恍┳罟爬系膭?dòng)物，可以告訴我們有關(guān)它們的起源以及最早的進(jìn)化歷史的故事。這些動(dòng)物的殘骸主要以碳膜的形式保存在泥巖中。

來(lái)自中國(guó)云南的寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物昆明澄江蝦（Chengjiangocaris kunmingensis）化石及重建。在化石中保存有珠狀的腹神經(jīng)索。|圖片來(lái)源：Javier Ortega-Hernández via UNE

　　這類化石形成的過(guò)程實(shí)際上始于風(fēng)暴引發(fā)的泥流，這些泥流突然席卷而來(lái)，毫無(wú)招架之力的動(dòng)物很快被埋在了低氧環(huán)境的海底。隨著時(shí)間的推移，泥變成巖石并受到擠壓，動(dòng)物則被深深地烙在了巖石里。

　　許多伯吉斯頁(yè)巖類型的節(jié)肢動(dòng)物標(biāo)本很好地保存下了動(dòng)物內(nèi)臟，尤其是腸道。但還是很少能看到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的某些部分，比如視神經(jīng)、腹神經(jīng)鏈或者腦。

　　而這項(xiàng)新研究中的化石則表明，節(jié)肢動(dòng)物的腦能夠以完全不同的方式保存。

　　這個(gè)鱟的標(biāo)本來(lái)自美國(guó)伊利諾伊州舉世聞名的馬宗克里克沉積。這里的化石被保存在一種被稱為菱鐵礦的碳酸鐵礦物的結(jié)核中。

　　一些來(lái)自馬宗克里克的動(dòng)物，比如詭異的“塔利怪物”，它們的身體完全是柔軟的。也就是說(shuō)，這里一定具備某些特殊的條件來(lái)保存它們。

　　研究首次發(fā)現(xiàn)了馬宗克里克的動(dòng)物是如何被保存下來(lái)的。首先這離不開(kāi)菱鐵礦的快速形成，這些菱鐵礦在很短時(shí)間內(nèi)將動(dòng)物的全身完全埋葬。除此之外，菱鐵礦在動(dòng)物內(nèi)部的軟組織分解之前，就迅速包裹住了它們。

　　值得注意的是，在這一標(biāo)本中，鱟的腦部被一種叫作高嶺石的白色黏土礦物復(fù)制了下來(lái)。這種礦物質(zhì)鑄型可能是后來(lái)在腦腐爛很久之后，在它留下的空隙中形成的。研究人員表示，如果沒(méi)有這種引人注目的白色礦物，他們可能永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)部位。

　　事實(shí)上，解釋古代節(jié)肢動(dòng)物解剖結(jié)構(gòu)的最大挑戰(zhàn)之一是，許多動(dòng)物缺乏可供比較研究的現(xiàn)代近親。但幸運(yùn)的是，鱟可以與4種現(xiàn)存的鱟進(jìn)行比較。

　　如果將這一化石的神經(jīng)系統(tǒng)與現(xiàn)代的一種鱟（Limulus polyphemus）的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)，盡管它們生活的年代相隔3.1億年，但在這兩個(gè)物種中都出現(xiàn)了相同的結(jié)構(gòu)。

　　化石照片（A）及腦部手繪示意圖（B&C）。和現(xiàn)代鱟（Limulus polyphemus）物種的腦（D）相比，可以發(fā)現(xiàn)很多相似之處。|圖片來(lái)源：（A-C） Russell Bicknell； （D） Steffen Harzsch via UNE

　　在兩者的神經(jīng)系統(tǒng)中，眼睛與附肢的神經(jīng)排列可以“對(duì)得上號(hào)”，其中央都有相似的空腔，讓食道穿過(guò)。

　　揭開(kāi)這些特殊標(biāo)本的細(xì)節(jié)，讓古生物學(xué)家難得有機(jī)會(huì)真正一瞥遠(yuǎn)古的歷史。它同樣增進(jìn)了我們對(duì)早已滅絕的動(dòng)物的生物學(xué)和進(jìn)化的理解。

　　看來(lái)，達(dá)爾文也不必對(duì)化石記錄那么悲觀。

　　#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：

　　原文作者：

　　John Paterson（新英格蘭大學(xué)地球科學(xué)教授）

　　Greg Edgecombe（自然歷史博物館研究員）

　　Javier Ortega-Hernández（哈佛肯尼迪學(xué)院助理教授）

　　Robert Gaines（波莫納學(xué)院學(xué)術(shù)事務(wù)副校長(zhǎng)兼學(xué)院院長(zhǎng)、地質(zhì)學(xué)教授）

　　Russell Dean Christopher Bicknell（新英格蘭大學(xué)古生物學(xué)博士后研究員）

　　編譯：M?ka

　　#參考來(lái)源：

　　https：//theconversation.com/ancient-brains-a-look-inside-the-extraordinary-preservation-of-a-310-million-year-old-nervous-system-164321

　　https：//www.une.edu.au/connect/news/2021/07/decoding-the-secrets-of-a-310-million-year-old-brain

　　https：//pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/doi/10.1130/G49193.1/606398/Central-nervous-system-of-a-310-m-y-old-horseshoe

　　#圖片來(lái)源：

　　封面來(lái)源：Bicknell， R。 et al。 / Geology （2021）