Inktvlekken gevonden in fossielen van 500 miljoen jaar oude insectenachtige wezens kunnen prachtig bewaard gebleven, symmetrisch hersenweefsel zijn. De fossiele vondst kan helpen om een verhitte wetenschappelijke controverse te laten rusten - de vraag of hersenen kunnen worden gefossiliseerd.
Wetenschappers ontdekten deze vlekkerige sporen in fossielen van de geleedpotige Alalcomenaeus, een dier dat zijn stam deelt met moderne insecten, spinnen en schaaldieren. De dieren leefden tijdens de Cambrische periode, die plaatsvond tussen ongeveer 543 miljoen en 490 miljoen jaar geleden, en droegen een stevig exoskelet dat goed fossiliseerde. Maar de zachte weefsels van de hersenen en zenuwen van het wezen raakten vaak vervallen en verdwenen daarom uit het fossielenbestand.
Nu beschrijft een nieuwe studie, gepubliceerd op 11 december in het tijdschrift Proceedings of the Royal Society B, niet één maar twee Alalcomenaeus fossielen compleet met hersenen en al hun toeters en bellen.
"Waar we in het fossielenbestand mee te maken hebben, zijn uitzonderlijke omstandigheden. Dit is niet gebruikelijk - dit is super, super zeldzaam", zegt co-auteur Javier Ortega-Hernández, een paleobioloog van ongewervelde dieren aan de Harvard University en curator van het Harvard Museum of Comparative Zoölogie. Eerder hebben paleontologen er maar één geïdentificeerd Alalcomenaeus specimen dacht zenuwweefsel te hebben, maar de bevinding werd met scepsis ontvangen. Met nog twee exemplaren in de hand, kunnen wetenschappers er nu op vertrouwen dat zenuwweefsel in feite kan worden gefossiliseerd en kan worden gevonden in uitzonderlijke Cambrian geleedpotige fossielen, zei Ortega-Hernández.
Langdurig debat
Naast Ortega-Hernández en zijn team, hebben slechts een handvol onderzoekers gerapporteerd dat ze gefossiliseerd zenuwweefsel vonden in geleedpotigen uit het Cambrium. In een paper uit 2012 beschreven wetenschappers het eerste bewijs van een gefossiliseerde geleedpotige hersenen, in een klein wezen genaamd Fuxianhuia protensa. Hoewel het in de media veel aandacht kreeg, trok het rapport critici.
"Ze zeiden: 'Onzin, veel onzin'," zei Nicholas Strausfeld, een regentenhoogleraar aan de afdeling neurowetenschappen van de Universiteit van Arizona en co-auteur van de studie van 2012, evenals verschillende anderen over hersenachtige kenmerken in geleedpotigen. Sommige paleontologen voerden aan dat, op basis van ons begrip van hoe dieren vergaan, de bevlekte exemplaren die Strausfeld en andere opgegraven dieren onmogelijk zenuwweefsel kunnen bevatten, zei Strausfeld. Sommigen theoretiseerden dat de hersenvlekken ofwel een vreemde toevalstreffer zijn ofwel versteende bacteriebedden, bekend als biofilms.
Maar nu dient de nieuwe studie van Ortega-Hernández en zijn collega's als "een zeer aangename validatie van eerder werk", vertelde Strausfeld aan WordsSideKick.com. 'Hij heeft veel bezwaren van mensen laten rusten.'
In hun studie ontdekten Ortega-Hernández en zijn co-auteurs een nieuw Alalcomenaeus fossiel begraven in Utah in een regio van geologische depressies die bekend staat als het Amerikaanse Great Basin. De auteurs merkten symmetrische vlekken op langs de middellijn van het wezen die leken op structuren van het zenuwstelsel die voorkomen in sommige moderne geleedpotigen, waaronder hoefijzerkrabben, spinnen en schorpioenen. "Het zenuwstelsel en de darm kruisen elkaar, wat echt funky is, maar tegenwoordig veel voorkomt bij geleedpotigen," vertelde Ortega-Hernández aan WordsSideKick.com.
De vlekken bevatten ook detecteerbare koolstofniveaus, een sleutelelement in zenuwweefsel. De donkere vlekken kwamen ook in de vier ogen van het dier, zoals te verwachten is voor weefsel van het zenuwstelsel. Nadat hij al deze criteria had gecontroleerd, zei Ortega-Hernández dat hij vol vertrouwen kon melden dat hij gefossiliseerd zenuwweefsel in het pas ontdekte exemplaar had gevonden.
Maar om hun bevindingen dubbel te controleren, onderzochten de auteurs ook een seconde Alalcomenaeus fossiel uit het Amerikaanse Great Basin. Oorspronkelijk opgegraven in de jaren negentig, vertoonde het exemplaar vergelijkbare vlekken en koolstofsporen als het hernieuwde fossiel. Bovendien kwamen beide Great Basin-fossielen overeen met beschrijvingen van een ander exemplaar dat Strausfeld in China vond. Alle drie de fossielen waren begraven gevonden in vergelijkbare afzettingen, wat aangeeft dat een uniek conserveringsproces ervoor zorgde dat al hun hersenmaterie fossiel werd, zei Ortega-Hernández.
Tegenargumenten
Hoewel Ortega-Hernández en zijn collega's hun werk controleerden en dubbel controleerden, moeten de auteurs 'over het algemeen voorzichtig zijn om te beweren dat ze een echt fossiel brein hebben gevonden', zegt Jianni Liu, een professor aan het Early Life Institute van de afdeling Geologie bij Northwest University in Xi'an, China, vertelde WordsSideKick.com in een e-mail. Liu stelt dat de vlekkerige vlekken die in Cambrium-fossielen worden gezien, eerder een "enigszins willekeurig effect van het vervalproces" zijn dan restanten van hersenmateriaal.
In een onderzoek uit 2018 onderzochten Liu en haar collega's ongeveer 800 gefossiliseerde exemplaren en ontdekten dat bijna 10% inktvlekken in het hoofdgebied bevatte. De auteurs beoordeelden eerdere onderzoeken naar het verval van dieren en ontdekten dat zenuwweefsel de neiging heeft snel te bederven, maar darmbacteriën kunnen blijven hangen en 'deze zogenaamde biofilms produceren als stralend, die een beetje op delen van een zenuwstelsel lijken', schreef Liu.
Verschillende paleontologen, waaronder Strausfeld, wezen erop dat Liu geen fossielen onderzocht die naar verluidt hersenweefsel bevatten, en dat gebrek aan primair bewijs een "grote tekortkoming" in haar onderzoek vormt. Bovendien bevatten de monsters die Liu onderzocht asymmetrische vlekken in plaats van symmetrische vlekken, wat betekent dat ze hoe dan ook niet als hersenweefsel zouden zijn geïnterpreteerd, zei Strausfeld.
Bovendien meten onderzoeken naar verval vaak weefselafbraak in water, terwijl begraven fossielen interageren met een veelvoud aan chemicaliën die in het sediment om hen heen worden vervoerd, zei Ortega-Hernández. Sommige studies suggereren bijvoorbeeld dat een combinatie van klei en water een 'chemisch looiproces' op gang brengt dat zachte weefsels in het lichaam harder maakt, vergelijkbaar met hoe bepaalde chemicaliën soepele koeienhuid kunnen veranderen in leer, zei Ortega-Hernández.
Er moet meer werk worden gedaan om de rol van sediment bij het behoud van fossielen te verduidelijken, maar tot nu toe is er voldoende bewijs dat geleedpotige blijft onder intense druk blijven stollen na verloop van tijd, zei Strausfeld. De hersenen en zenuwen in het dier worden tijdens het proces plat en omdat zenuwweefsel veel vet bevat, stoten de structuren water af en "hebben ze enige weerstand tegen verval", zei hij.
Ondanks het bewijs in hun voordeel, moeten Ortega-Hernández, Strausfeld en hun collega's mogelijk veel meer geleedpotige hersenbits opgraven om de nee-zeggers ervan te overtuigen dat oude hersenen kunnen fossiliseren.
"We waarderen de inspanningen van de auteurs om hun resultaten te rechtvaardigen als echt zenuwweefsel, maar blijven sceptisch terwijl de gegevens afkomstig zijn van slechts twee fossielen", zei Liu. "Nieuwe gegevens zijn altijd welkom, maar zoals we eerder opmerkten, zouden we er meer van overtuigd zijn als de anatomische kenmerken in een consistente vorm zouden verschijnen in verschillende exemplaren afzonderlijk."
