Szczęście, synchrotron i najstarszy mózg świata

Wszystko zaczęło się od… szczęścia. I intuicji, która kazała Alainowi Pradelowi wziąć do ręki cztery tak dobrze mu znane skamieniałe czaszki. Należały do ryb pochodzących sprzed trzystu milionów lat, zostały znalezione w skałach Kansas i od tego czasu były przechowywane w Muzeum Historii Naturalnej w Paryżu, jednym z największych muzeów przyrodniczych świata i miejscu pracy Pardela. Należą one do Sibyrhynchus denisoni; i choć gatunek ten dawno już wymarł, do naszych czasów dotrwali jego kuzyni – chimery oraz nieco dalsi krewni – rekiny i płaszczki. Czyli ryby chrzęstnoszkieletowe, posiadające szkielet delikatniejszy i słabiej zmineralizowany niż kostnoszkieletowe. Tym więc trudniej o dobrze zachowane skamieniałości.

Główną działalnością wspomnianego Muzeum Historii Naturalnej wbrew pozorom wcale nie jest ekspozycja zbiorów, a badania naukowe. I tak Alain Pradel postanowił przebadać jeszcze raz znalezione czaszki, tym razem przy użyciu mikrotomografii. To metoda zbliżona do tomografii komputerowej używanej w medycynie, pozwala jednak uzyskać dużo lepszą rozdzielczość – aż do jednego mikrona, czyli tysięcznej części milimetra. Wykorzystując różnice we własnościach absorpcyjnych materiałów, które w zależności od składu pochłaniają w różny sposób promieniowanie elektromagnetyczne, można uzyskać pełny trójwymiarowy obraz badanej próbki. Właśnie w ten sposób naukowcy wpadli na ślad substancji innej niż krystaliczny kalcyt czaszek; wewnątrz jednej z nich zidentyfikowali bowiem dziwną materię, gęstszą od reszty skamieniałości.

Czaszkę ową więc spakowali i udali się z nią w podróż do Grenoble, gdzie Europejski Ośrodek Synchrotronu Atomowego (ESRF, European Synchrotron Radiation Facility) jest udostępniany szerokiemu gronu naukowców do różnorodnych badań. Nasi naukowcy z szerokiego wachlarza możliwości wybrali holotomografię, która również wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie, ale w połączeniu z kontrastem fazowym, dzięki czemu pozwala zaobserwować szczegóły nieuchwytne w inny sposób. I oto potwierdziło się to, na co czekano – obraz dziwnej struktury swoją formą i położeniem odpowiadał mózgowi ryby!

Naukowcy mogli w ten sposób przyjrzeć się znalezionemu systemowi nerwowemu z nieoczekiwaną dokładnością – i właśnie opisali wyniki tych oględzin w czasopiśmie naukowym PNAS. Wykonane trzysta milionów lat po śmierci ryby zdjęcia pokazują wyraźnie móżdżek, rdzeń kręgowy, płaty wzrokowe, a nawet niektóre nerwy, w tym nerw wzrokowy. Tylnia część mózgu jest za to niewidoczna, z czego naukowcy wnoszą, że mogła być bardzo bardzo mała, jak to jest do tej pory u żyjących obecnie chimerokształtnych.

Płaty wzrokowe są duże, dobrze wykształcone, ich rozmiar i położenie odpowiada oczodołom, wyjaśnia ich duże rozmiary oraz sugeruje, że był to główny narząd, jakim posługiwała się ryba. Natomiast ucho wewnętrzne wydaje się być bardzo małe, a co więcej zawiera tylko jeden – a nie trzy, jak u współczesnych kręgowców – kanał półkolisty odpowiedzialny za równowagę i informowanie o położeniu ciała w przestrzeni. To oznacza, że ryba zdawała sobie sprawę jedynie z ruchów poziomych, nie zaś ze zmian głębokości. Naukowcy uważają więc, że Sibyrhynchus denisoni żyła raczej na dnie mórz, a nie na pełnych wodach.

Sam mózg jest niewielkich rozmiarów, o długości 7 mm i szerokości 1,5 mm, czyli nieproporcjonalnie mały w porównaniu do okazałej czaszki. Oczywiście pierwszym wytłumaczeniem, które się nasuwa jest jego skurczenie podczas procesu fosylizacji, ale naukowcy je wykluczyli – nerwy zdają być się na swoich oryginalnych miejscach. A to oznacza, że rozmiary czaszki wcale nie przekładają się na rozmiary mózgu, jak dosyć powszechnie zakłada się w różnorodnych badaniach paleontologicznych. Być może trzeba więc będzie zweryfikować niektóre metody…

Zespół znalazł też wyjaśnienie przyczyny, dla której mózg ten jest tak dobrze zachowany. Otóż analizy chemiczne pokazały, że jego powierzchnia pokryta jest warstwą fosforanu wapnia utworzoną bądź to przez odpowiednie bakterie, bądź też przez proces chemiczny. To właśnie dzięki niej mogło dojść do fosylizacji tej tak bogatej w wodę tkanki.

To przełomowe odkrycie nie tylko daje nieoceniony wkład w poznanie ewolucji układu nerwowego, ale niesie również wielkie nadzieje paleontologów. Bowiem to co uważano za niemożliwe okazało się jednak możliwe, a przy okazji udowodniono przydatność nowych technik w odkrywaniu kopalnej historii kręgowców. Naukowcy już biorą się za szukanie kolejnej odrobiny szczęścia. Bo tomograf i synchrotron czekają.