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Ein Scan des Schädels eines 319 Millionen Jahre alten versteinerten Fisches hat zur Entdeckung des ältesten Beispiels eines gut erhaltenen Wirbeltiergehirns geführt und ein neues Licht auf die frühe Evolution von Knochenfischen geworfen.
Das Fossil des Schädels des ausgestorbenen Coccocephalus wildi wurde vor mehr als einem Jahrhundert in einer Kohlemine in England gefunden, so Forscher der am Mittwoch in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studie.
Das Fossil ist das einzige bekannte Exemplar der Fischart, daher verwendeten Wissenschaftler der University of Michigan in den USA und der University of Birmingham im Vereinigten Königreich die zerstörungsfreie Bildgebungstechnik der Computertomographie (CT), um in seinen Schädel zu schauen und sein Inneres zu untersuchen körperliche Struktur.
Dabei kam eine Überraschung. Das CT-Bild zeigte einen „unidentifizierten Fleck“, heißt es in einer Pressemitteilung der University of Michigan.
Das markante 3D-Objekt hatte eine klar definierte Struktur mit Merkmalen, die in Wirbeltiergehirnen zu finden sind: Es war bilateral symmetrisch, enthielt Hohlräume, die im Aussehen Ventrikeln ähnelten, und hatte sich erstreckende Filamente, die Hirnnerven ähnelten.
„Dies ist ein so aufregender und unerwarteter Fund“, sagte der Co-Autor der Studie, Sam Giles, ein Wirbeltierpaläontologe und leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität von Birmingham, am Donnerstag gegenüber CNN und fügte hinzu, dass sie „keine Ahnung“ hatten, dass sich darin ein Gehirn befand, als sie sich dazu entschieden Studiere den Schädel.
„Es war so unerwartet, dass wir eine Weile brauchten, um sicher zu sein, dass es sich tatsächlich um ein Gehirn handelte. Die Anatomie des Gehirns in diesem Fossil ist nicht nur eine konservierende Kuriosität, sondern hat auch große Auswirkungen auf unser Verständnis der Gehirnentwicklung bei Fischen“, fügte sie hinzu.
C. wildi war ein früher Rochenflossenfisch – mit einem Rückgrat und Flossen, die von Knochenstäben namens „Rochen“ getragen wurden – der vermutlich 6 bis 8 Zoll lang war, in einer Flussmündung schwamm und kleine Wassertiere und Wasserinsekten aß , so die Forscher.
Laut der Studie weisen die Gehirne lebender Strahlenflossenfische strukturelle Merkmale auf, die bei anderen Wirbeltieren nicht zu sehen sind, insbesondere ein Vorderhirn, das aus neuralem Gewebe besteht, das sich nach außen faltet. Bei anderen Wirbeltieren faltet sich dieses Nervengewebe nach innen.
C. wildi fehlt dieses charakteristische Merkmal von Rochenflossenfischen, da die Konfiguration eines Teils seines Vorderhirns, der als „Telencephalon“ bezeichnet wird, eher der von anderen Wirbeltieren wie Amphibien, Vögeln, Reptilien und Säugetieren ähnelt, so die Studienautoren .
„Dies weist darauf hin, dass die bei lebenden Strahlenflossenfischen beobachtete Telencephalon-Konfiguration viel später entstanden sein muss als bisher angenommen“, sagte der Hauptautor der Studie, Rodrigo Tinoco Figueroa, Doktorand am Museum für Paläontologie der Universität von Michigan.
Er fügte hinzu, dass „unser Wissen über die Evolution des Wirbeltiergehirns größtenteils auf das beschränkt ist, was wir von lebenden Arten wissen“, aber „dieses Fossil hilft uns, wichtige Wissenslücken zu schließen, die nur aus außergewöhnlichen Fossilien wie diesem gewonnen werden konnten.“
Im Gegensatz zu harten Knochen und Zähnen finden Wissenschaftler den Forschern zufolge selten Gehirngewebe – das weich ist – in Wirbeltierfossilien erhalten.
Die Studie stellte jedoch fest, dass das Gehirn von C. wildi „außergewöhnlich“ gut erhalten war. Obwohl bis zu 500 Millionen Jahre alte Gehirne von Wirbellosen gefunden wurden, sind sie alle abgeflacht, sagte Giles, der hinzufügte, dass dieses Wirbeltiergehirn „das älteste dreidimensionale fossile Gehirn von allem ist, was wir kennen“.
Der Schädel wurde in Specksteinschichten gefunden. Laut Figueroa spielten eine niedrige Sauerstoffkonzentration, eine schnelle Bestattung durch feinkörniges Sediment und eine sehr kompakte und schützende Hirnschale eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung des Gehirns der Fische.
Die Hirnschale schuf eine chemische Mikroumgebung um das umschlossene Gehirn herum, die dazu beigetragen haben könnte, sein weiches Gewebe durch dichtes Mineral zu ersetzen, das die feinen Details der 3D-Strukturen des Gehirns beibehielt.
Giles sagte: „Die nächsten Schritte bestehen darin, genau herauszufinden, wie so empfindliche Merkmale wie das Gehirn über Hunderte von Millionen Jahren erhalten werden können, und nach weiteren Fossilien zu suchen, die das Gehirn ebenfalls erhalten.“