Палеонтологи отчитались в журнале Nature о замечательной находке. Череп рыбы возрастом 319 млн лет, найденный около века назад, скрывал хорошо сохранившийся окаменевший мозг и нервы. Это, возможно, древнейший образец мозга позвоночного животного и огромный подарок биологам — мягкие ткани в окаменелостях сохраняются редко. Изучение находки уже показало, что эволюция мозга рыб проходила сложнее, чем представлялось большинству экспертов. Ученые намерены обследовать другие музейные экспонаты в поисках окаменевших мозгов.
Непустая голова
Небольшой окаменевший череп, извлеченный из угольной шахты в Англии, был впервые описан учеными в 1925 году. Палеонтологи определили, что древние кости принадлежали лучеперой рыбе. В этой группе рыб около 30 000 ныне живущих видов, и это примерно половина всех видов позвоночных. Столько же приходится на остальных рыб, рептилий, амфибий, млекопитающих и птиц, вместе взятых. Этот поразительный эволюционный успех давно интересует ученых.
Вид, которому дали название Coccocephalus wildi, существовал 319 млн лет назад. Судя по размеру черепа, рыба достигала 15-20 см в длину. Строение челюстей и зубов выдает в ней хищника. Вероятно, это создание питалось мелкими ракообразными, насекомыми и моллюсками.
За почти сотню лет хранения музейный экспонат несколько раз изучался разными научными группами. Но авторы недавнего исследования первыми подвергли его компьютерной томографии. Они не рассчитывали найти мозг, а хотели всего лишь изучить строение черепа.
К удивлению палеонтологов, оказалось, что в голове ископаемой рыбы что-то есть. И это не аморфный минеральный нарост, а объект характерной анатомической формы с длинными выростами, очень похожими на черепные нервы. После более тщательного сканирования сомнений не осталось: это окаменевший мозг. Ученые даже выделили его основные части.
Мозг наизнанку
Кое-что в находке удивило ученых. Мозг современных лучеперых рыб на стадии эмбриона растет особым образом: передний слой клеток выворачивается наизнанку, как носок. У остальных позвоночных стенки мозга просто выпячиваются. Неизвестно, когда лучеперые приобрели эту особенность и как она повлияла на их эволюционный успех. Многие эксперты склоняются к мысли, что «выворачивание» мозга освоили уже предки лучеперых. Но вид Coccocephalus wildi, судя по строению взрослого мозга, еще не владел этим навыком.
«Эта на первый взгляд не впечатляющая и маленькая окаменелость не только демонстрирует нам самый ранний пример окаменелого мозга позвоночного, но и показывает, что многое из того, что мы думали об эволюции мозга [на основе изучения] только ныне существующих видов, нуждается в переосмыслении», — говорит ведущий автор статьи Родриго Фигероа из США.
Требуется Горгона
Земля не набита битком костями древних животных, потому что окаменение — редкий процесс. Нужны очень специфические физико-химические условия, чтобы кости не разложились, а законсервировались на сотни миллионов лет. А уж окаменение мягких тканей еще несколько десятилетий назад считалось нонсенсом. Да, в вечной мерзлоте находили мамонтят, а в мезозойском янтаре — насекомых. Но за этими и немногими другими исключениями палеозоология была наукой о костях, зубах, раковинах и панцирях. Крохи информации о мозге приходилось выуживать из строения черепа.
Сегодня же большая часть палеонтологических научных работ посвящена как раз мягким тканям. Их отпечатки запечатлеваются на горных породах, химические следы — на тех самых костях и панцирях, а иногда попадаются и настоящие окаменелые образцы. С недавним открытием ученым повезло: похоже, рыба была быстро погребена в отложениях без доступа кислорода. Мозг не успел разложиться и пропитался каким-то минералом, навеки окаменев. Пока исследователи даже не знают, что это за минерал: никто не станет сверлить единственный в мире экземпляр Coccocephalus wildi, чтобы добраться до мозга. Допустимо только просвечивание и прочие неразрушающие методы.
В целом механизмы превращения живого организма в окаменелость понятны еще далеко не полностью, и их изучает специальная наука — тафономия. Но уже ясно, что мягкие ткани иногда окаменевают, хотя и гораздо реже, чем хотелось бы палеонтологам. Вполне возможно, что в музейных коллекциях пылится еще не один экземпляр черепа с сохранившимся мозгом. Теперь Фигероа и его группа будут целенаправленно искать их. Палеонтологи вообще часто делают открытия в музеях: чтобы досконально изучить каждую попавшую туда окаменелость, просто не хватает специалистов. Да и технологии все время совершенствуются: понятно, что в 1925 году компьютерной томографии еще не было. Кто знает, о чем это же ископаемое сможет рассказать палеонтологам в 2125 году?
Нервная работа
Нервная система — одно из самых впечатляющих изобретений эволюции. Ее можно поставить в один ряд с кислородным дыханием, многоклеточностью и теплокровностью. Специальная система для обработки информации перевела взаимодействие живых существ с окружающим миром на качественно новый уровень. У них появилась способность учиться на собственном опыте, хотя бы в форме условных рефлексов. Даже червь с его жалкими сотнями нейронов в конце концов запоминает, в какой стороне норы его бьют током. А 100 млрд нейронов под черепом позволяют изобрести каменное рубило или космический корабль.
Нервные клетки у разных видов устроены настолько похоже, что по нервному импульсу невозможно определить, человеку он принадлежит или медузе. Другой пример: биохимические механизмы памяти у человека такие же, как у моллюска морской заяц, на котором они впервые и были исследованы. Возможно, нейроны и принципы их взаимодействия унаследованы нами от предка всех настоящих многоклеточных (это подцарство царства животных).
Центры принятия решений
Когда появилась центральная нервная система — более сложный вопрос. Многие специалисты считают, что это изобретение билатериев, или двустороннесимметричных. К этой группе относится 99% описанных видов животных, от червей до человека разумного. Столь непохожих существ объединяет несколько фундаментальных признаков. Левая половина тела является зеркальным отражением правой, а вдоль тела тянется пищеварительный тракт и нервный шнур, или пара шнуров. У позвоночных этот шнур называется спинным мозгом и заканчивается утолщением — мозгом головным. Считается, что все билатерии происходят от общего предка, жившего примерно 560 млн лет назад. Однако в 2017 году ученые обнаружили нервные шнуры у ныне живущих существ нескольких биологических типов, никак не относящихся к билатериям. Похоже, что эволюция делала это изобретение несколько раз. Это вообще характерно для крупных эволюционных прорывов: например, млекопитающие и птицы стали теплокровными независимо друг от друга.
Но все это данные сравнительной анатомии и физиологии. А что говорит палеонтология по поводу нервов возрастом 500+ млн лет? Увы, таких красноречивых образцов, как окаменевший мозг, с тех времен не сохранилось. Есть лишь темные следы на нескольких панцирях, по форме, расположению и химическому составу похожие на остатки нервной системы. Но скептики подчеркивают, что эти следы могут иметь и другое происхождение. Возможно, будущие находки и более тонкие методы исследования прольют больше света на древнейшее прошлое «бортового компьютера» живых существ.