《自然》：沉睡3.19亿年，最古老的

脊椎动物大脑原来长这样

医学顾事

100多年前，英国的一座煤矿出土了一块不起眼的史前鱼类头骨化石。在此后的很长一段时间内，这枚化石都没有受到特别的关注。但随着研究技术的发展，化石守了3亿多年的秘密终于藏不住了。《自然》杂志的一项最新研究发现，这枚化石保存了迄今最古老的脊椎动物完整大脑结构，为理解脊椎动物的大脑演化提供了重要线索。

▲3.19亿年前的C. wildi头骨化石

1925年，古生物学家已经确认化石属于一种已灭绝的辐鳍鱼（辐鳍鱼纲是脊椎动物最大的类群，今天绝大多数的鱼类都属于这一类），拉丁学名为Coccocephalus wildi。据推测，这条鱼全长在15~20厘米之间，而颌与牙齿的形态告诉我们，这很可能是一种食肉鱼类。

当近百年后的科学家重新从博物馆借走这枚来自3.19亿年前的化石，试图用计算机断层扫描（CT）在不破坏化石的情况下看清头骨内部的解剖结构时，他们也没有预想到，等待他们的是一项如此重磅的发现。

在CT成像结果中，头骨内出现了一块不同寻常的团块结构——在图像中更亮，也就是说相比于头骨和周围岩石密度更大。虽然长度只有不到3厘米，但足以令研究团队感到兴奋。

▲对化石的CT扫描发现了脑部结构

更细致的观察显示，这个结构还有着明显的特征：两侧对称，含有类似于脑室的空间，并且有大量纤维状的结构向外延伸。这些特征都符合脊椎动物的大脑与脑神经结构。

之后，分辨率更高的扫描进一步确认了这正是鱼的脑部结构！

如果你对化石的形成过程有基本认识，就会意识到形成脑部化石是多么不可思议。

首先要知道的是，我们今天看到的化石——无论是骨骼、牙齿，还是其他器官，都不是动物原本的材料，而是在埋藏过程中，其他矿物取代、占据了生物材料原本的空间。也就是说，我们看到的其实是这些器官的形态。

但是，相比于坚硬的骨骼、牙齿或是外壳，大脑的腐烂、分解要迅速的多，结果往往是还没来得及被矿物取代，就已经腐烂了。

对于最新研究的化石，研究人员推测，之所以能完好保存大脑结构，是因为这条鱼死亡后迅速被沉积物掩埋，几乎不含氧气的环境可以尽量延缓软组织的分解。此外，头骨内部的化学微环境也有助于保存精细的脑组织，最终被矿物（很可能是黄铁矿）取代，保留下了大脑与脑神经精细的三维结构。

在此之前，科学家们对于无脊椎动物脑部结构的搜寻似乎要更加成功。例如，有研究发现了3.1亿年前的鲎的完整脑部，甚至有证据表明，在超过5亿年前的扁平化石标本中也出现了脑部和神经结构。而这枚3.19亿年前脊椎动物的完好脑部化石，为我们理解大脑的演化模式提供了重要线索。

研究团队将化石与现代鱼类的脑部进行对比。化石中的脑部有一团葡萄干大小的中心结构，包含了3个主要区域，大致对应于今天鱼类的前、中和后脑。研究团队还注意到，化石与现存辐鳍鱼的大脑有着关键的差异。

对于包括人类在内的多数脊椎动物，胚胎期的神经管是向内弯曲的，这样在发育之后，两个半球之间形成了空间较大的脑室；但现存的辐鳍鱼恰好相反，神经管向外弯曲，由此两个半球间形成的脑室十分狭窄。