Un crâne de poisson fossilisé vieux de 319 millions d’années contient le plus ancien exemple de cerveau de vertébré intact.
Les scientifiques ont extrait le crâne d’une mine de charbon en Angleterre il y a plus d’un siècle. Le cerveau et ses nerfs crâniens mesurent environ un pouce de long et appartiennent à un poisson éteint de la taille d’un crapet arlequin. La découverte ouvre une fenêtre sur l’anatomie neurale et les premiers progrès du principal groupe de poissons vivant aujourd’hui, les poissons à nageoires rayonnées, selon l’étude de.
La découverte fortuite fournit également des informations sur la conservation de pulpes dans les fossiles d’animaux à colonne vertébrale. La majorité des fossiles d’animaux dans les collections des musées ont été formés à partir de parties du corps difficiles telles que des os, des dents et des coquilles.
Le cerveau scanné par tomodensitométrie analysé pour la nouvelle étude appartient à un premier poisson à nageoires rayonnées qui nageaient dans un estuaire et se nourrissaient probablement de petits crustacés, de ravageurs aquatiques et de céphalopodes, un groupe qui comprend aujourd’hui des calmars, des poulpes et des seiches. Les poissons à nageoires rayonnées ont des épines dorsales et des nageoires soutenues par des tiges osseuses appelées rayons.
Lorsque le poisson est décédé, les tissus mous de son cerveau et de ses nerfs crâniens ont été modifiés au cours de la procédure de fossilisation avec un minéral épais qui protégeait, dans des détails élégants, leur structure tridimensionnelle.
« Une conclusion importante est que ces sortes de pulpes peuvent être conservées, et elles peuvent être conservées dans des fossiles que nous avons en fait depuis très longtemps– c’est un fossile compris depuis plus de 100 ans », déclare l’auteur principal Matt Friedman, paléontologue et directeur du Musée de paléontologie de l’Université du Michigan.
Est-ce vraiment un cerveau ?
« Non seulement ce fossile ostensiblement peu impressionnant et petit nous montre l’exemple le plus ancien d’un cerveau de vertébré fossilisé, mais il montre également qu’une grande partie de ce que nous pensions de l’évolution du cerveau à partir d’espèces vivantes nécessitera un remaniement », déclare l’auteur principal Rodrigo Figueroa, un stagiaire doctorant qui di d le travail dans le cadre de son argumentation, sous Friedman, dans le département des sciences de la terre et de l’environnement.
« Avec l’accessibilité généralisée des techniques d’imagerie modernes, je ne serais pas surpris si nous constatons que les cerveaux fossiles et autres les pâtes sont beaucoup plus typiques qu’on ne le pensait auparavant. À partir de maintenant, notre groupe d’étude de recherche et d’autres examineront les têtes de poissons fossiles avec un point de vue nouveau et différent. »
Le fossile de crâne d’Angleterre est le seul spécimen connu de ses types, donc seules des méthodes non destructives pourraient être utilisé pendant l’étude.
L’affaire fait partie d’un effort plus complet de Friedman, Figueroa et ses collègues qui utilise la tomodensitométrie (CT) pour scruter l’intérieur des crânes des premiers poissons à nageoires rayonnées. L’objectif de l’étude plus large est d’obtenir des détails physiologiques internes qui offrent des informations sur les relations évolutives.
En ce qui concerne, Friedman ne cherchait pas un cerveau lorsqu’il a allumé son micro-CT scanner et a pris un regard sur le fossile du crâne.
« Je l’ai scanné, puis j’ai emballé les informations dans l’application logicielle que nous utilisons pour visualiser ces scans et j’ai remarqué qu’il y avait un élément inhabituel et unique à l’intérieur du crâne », a-t-il États.
La tache non identifiée était plus brillante sur l’image CT– et par conséquent e très probablement plus dense que les os du crâne ou la roche environnante.
« Il est courant de voir des développements minéraux amorphes dans les fossiles, mais cet objet avait en fait une structure clairement spécifiée », dit Friedman.
Les choses secrètes présentaient de nombreuses fonctions trouvées dans le cerveau des vertébrés : elles étaient équilibrées bilatéralement, elles comprenaient des zones creuses comparables en apparence aux ventricules, et elles avaient plusieurs filaments s’étendant vers des ouvertures dans le casse-tête, comparables en apparence aux crâniens. nerfs, qui voyagent à travers de tels canaux chez les espèces vivantes.
« Il avait toutes ces caractéristiques, et je me suis dit : « Est-ce vraiment un cerveau que je regarde ? », déclare Friedman. « J’ai donc zoomé sur cette région du crâne pour faire un deuxième scan à plus haute résolution, et il était extrêmement clair que c’était précisément ce qu’il fallait. Et c’était simplement dû au fait qu’il s’agissait d’un exemple sans ambiguïté. que nous avons décidé d’aller plus loin. »
Évolution des poissons
Le tissu cérébral maintenu n’a en fait pratiquement jamais été trouvé dans les fossiles de vertébrés, les scientifiques ont en fait eu beaucoup plus de succès avec les invertébrés. Le cerveau intact d’un crabe en fer à cheval vieux de 310 millions d’années a été signalé en 2021, et des analyses de parasites enveloppés d’ambre ont révélé des cerveaux et d’autres organes. Il existe même des preuves de cerveaux et d’autres parties du système nerveux enregistrés dans des spécimens aplatis âgés de plus de 500 millions d’années.
Le cerveau préservé d’un parent de requin âgé de 300 millions d’années a été signalé en 2009 Les requins, les raies et les raies sont des poissons cartilagineux, qui abritent aujourd’hui pas mal d’espèces par rapport à la lignée des poissons à nageoires rayonnées, y compris.
le groupe de poissons le plus diversifié d’aujourd’hui, qui comprend tout, de la truite au thon, des hippocampes au flet.
Il existe environ 30 000 types de poissons à nageoires rayonnées, et ils représentent environ la moitié de tous les types d’animaux à épine dorsale. L’autre moitié est divisée entre les vertébrés terrestres – oiseaux, mammifères, reptiles et amphibiens – et des groupes de poissons moins diversifiés comme les poissons sans mâchoires et les poissons cartilagineux.
Le crâne fossile est prêté à Friedman par l’Angleterre Musée de Manchester. Il a été récupéré sur le toit de la mine de charbon Mountain Fourfoot dans le Lancashire et a été décrit cliniquement pour la première fois en 1925. Le fossile a été trouvé dans une couche de stéatite adjacente à un joint de charbon dans la mine.
Seul son crâne a été récupéré, les scientifiques pensent qu’il aurait été de 6 à 8 pouces de long. D’après la forme de sa mâchoire et ses dents, il s’agissait probablement d’un prédateur, déclare Figueroa.
Lorsque le poisson est mort, les scientifiques soupçonnent qu’il a été rapidement enterré dans des sédiments contenant peu d’oxygène. De tels environnements peuvent ralentir la décomposition des parties molles du corps.
De plus, un micro-environnement chimique à l’intérieur du casse-tête du crâne peut avoir aidé à préserver les tissus cérébraux délicats et à les changer avec un minéral dense, éventuellement de la pyrite , dit Figueroa.
Les preuves à l’appui de ce concept proviennent des nerfs crâniens, qui envoient des signaux électriques entre le cerveau et les organes sensoriels. Dans le fossile, les nerfs crâniens sont intacts à l’intérieur du casse-tête mais disparaissent en quittant le crâne.
« Il semble y avoir, à l’intérieur de ce vide solidement confiné dans le crâne, un petit micro-environnement qui contribue à le remplacement de ces parties molles par un certain type de stade minéral, enregistrant la forme des tissus qui, autrement, se décomposeraient simplement », déclare Friedman.
Scans du crâne
Analyse détaillée du fossile , en plus des contrastes avec les cerveaux de spécimens de poissons modernes de la collection du musée de zoologie de l’Université du Michigan, ont révélé que le cerveau a un corps principal de la taille d’un raisin avec trois régions principales qui correspondent à peu près au cerveau antérieur, au cerveau moyen et au cerveau postérieur chez les poissons vivants.
Les nerfs crâniens se projettent des deux côtés du corps central. Considérés comme un système unique, le corps principal et les nerfs crâniens ressemblent à un minuscule crustacé, tel qu’un homard ou un crabe, avec des bras, des pattes et des pinces saillants.
Notamment, la structure cérébrale de indique un plus selon les auteurs.
« Ces caractéristiques offrent au fossile une réelle valeur dans la compréhension des schémas d’avancement du cerveau, plutôt que d’être simplement un intérêt pour des événements imprévus. préservation », explique Figueroa.
Par exemple, tous les poissons vivants à nageoires rayonnées ont en fait un cerveau éversé, ce qui signifie que le cerveau des poissons embryonnaires s’établit en repliant les tissus de l’intérieur de l’embryon vers l’extérieur, comme une chaussette tourné vers l’intérieur vers l’extérieur.
Tous les autres vertébrés ont des cerveaux évaginés, ce qui suggère que le tissu neural lors de l’établissement des cerveaux se replie vers l’intérieur.
« Contrairement à tous les poissons vivants à nageoires rayonnées, le cerveau des replis vers l’intérieur, » déclare Friedman. « Ainsi, ce fossile enregistre un temps avant que cette fonction caractéristique du cerveau des poissons à nageoires rayonnées ne se développe. Cela nous donne certaines restrictions sur le moment où ce trait a évolué – quelque chose que nous n’avions pas beaucoup avant la marque – de nouvelles données sur. »
Les contrastes avec les poissons vivants ont révélé que le cerveau de est le plus similaire au cerveau des esturgeons et des polyodons, qui sont fréquemment appelés poissons « primitifs » car ils divergent de tous les autres poissons vivants à nageoires rayonnées poissons plus de 300 millions d’années plus tôt.
Friedman et Figueroa continuent de scanner les crânes de fossiles de poissons à nageoires rayonnées, y compris de nombreux spécimens que Figueroa a donnés à Ann Arbor en prêt par des institutions de son pays d’origine, le Brésil . Figueroa déclare que sa plaidoirie doctorale a été reportée par la pandémie de COVID-19, mais devrait se terminer à l’été 2024.
Friedman et Figueroa déclarent que la découverte souligne l’importance de préserver les spécimens dans les musées de paléontologie et de zoologie.
« Ici, nous avons en fait découvert une conservation remarquable dans un fossile examiné à plusieurs reprises par plusieurs individus au cours du siècle précédent », déclare Friedman. « Cependant, étant donné que nous avons ces nouveaux outils pour regarder dans les fossiles, cela nous révèle une autre couche de détails.
« C’est pourquoi il est si essentiel de conserver les spécimens physiques. Car qui sait, dans 100 ans, ce que les gens pourraient faire avec les fossiles de nos collections aujourd’hui. »
L’étude comprend des informations produites à l’unité de tomodensitométrie en sciences de la Terre et de l’environnement de l’Université du Michigan, qui est soutenu par le Département des sciences de la Terre et de l’environnement et le Collège de la littérature, des sciences et des arts.
Sam Giles du Musée de la nature de Londres et de l’Université de Birmingham est l’un des principaux auteurs de l’étude. sont de l’Université de Chicago et du Musée de paléontologie de l’Université du Michigan.
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