Fossilien aus Brasilien deuten neuen Forschungsergebnissen zufolge auf eine komplexere Evolutionsgeschichte des Gehirns von Strahlenflossern hin als bisher angenommen.
Rodrigo Tinoco Figueroa, ein brasilianischer Doktorand an der University of Michigan, und seine Kollegen fanden in Strahlenflossern aus dem späten Paläozoikum nicht nur gut erhaltene Gehirne, sondern auch andere Weichteile, wie etwa Fragmente von Herz und Augen, Hirnhäuten und Kiemenfäden – eine Seltenheit in der Paläontologie, da es nur wenige Fossilienfunde gibt.
„Diese Fossilien zeigen nicht nur eine umfangreiche Erhaltung des Weichgewebes, sondern geben auch einen Einblick in die Evolution des Gehirns von Fischen, die vor mehr als 290 Millionen Jahren lebten“, sagte Figueroa. „Fossilien wie dieses sind die einzige Möglichkeit, direkte Beweise für Weichgewebeelemente aus der Vergangenheit zu erhalten. Solche Informationen übertreffen oft unsere Erwartungen an lebende Arten.“
Figueroa ist der Hauptautor des Studie veröffentlicht in der Zeitschrift Aktuelle Biologie. Die Arbeit ist Teil seiner Dissertation unter der Leitung des Paläontologen Matt Friedman in der Abteilung für Erd- und Umweltwissenschaften der UM.
Figueroa sagte, von allen Exemplaren sei eines mit der Bezeichnung CP 065 das überraschendste.
„Es ist nicht nur das erste Exemplar, bei dem mir ein ausgestülptes Gehirn aufgefallen ist, es ist auch eines der am besten erhaltenen Fossilien, die ich je gesehen habe“, sagte er.
„Stellen Sie sich ein Fossil vor, das mehr als 290 Millionen Jahre alt ist und das Gehirn und seine Hirnnerven, die empfindlichen Hirnhäute, die das Gehirn in der Schädelhöhle stützen, Kiemenfäden, Fragmente von Blutgefäßen, Teile des Herzens und möglicherweise Skelettmuskeln bewahrt. Es ist sicherlich ein einzigartiger Fund. Exemplare wie dieses sind der beste Weg, die Paläontologie der Biologie näher zu bringen und umgekehrt.“
Figueroa arbeitet mit CT-Scans fossiler Strahlenflosserschädel, darunter auch diese Exemplare, die er als Leihgabe vom Paläontologischen Zentrum der Universität Contestado in Mafra, Santa Catarina, Brasilien, nach Michigan mitgebracht hat.
„Durch die Verwendung der Mikro-CT von Fossilien und der kontrastverstärkten Mikro-CT von heute lebenden Arten erhalten wir neue dreidimensionale Daten, die über die in diesem Artikel bereitgestellten Ergebnisse hinausgehen können, indem wir neue Fossilien und neues Vergleichsmaterial von heute lebenden Arten hinzufügen“, sagte Figueroa.
Im Rahmen dieser Studie untersuchte Figueroa acht Exemplare aus Mafra und fand bei allen ein gewisses Maß an Weichteilfossilisierung. In den meisten Fällen war das Gehirn detailliert erhalten und wies eine Morphologie auf, die der von Coccocephalus ähnelte, die in früheren Untersuchungen gefunden wurde.
„Nach einer genaueren Untersuchung all dieser Gehirne und der damit verbundenen Osteologie der Exemplare konnte ich feststellen, dass es sich um zwei unterschiedliche Arten handelte“, sagte er. „In Anbetracht ihrer Knochenmorphologie schien eine eng mit jüngeren Fossilien verwandt zu sein, näher an der Gruppe, die alle 35.000 lebenden Arten von Strahlenflossern umfasst.“
Laut Figueroa weisen diese beiden Taxa eine unterschiedliche Gehirnmorphologie auf.
„Dies ist der erste Beweis für ein ausgestülptes Telencephalon bei einem fossilen Strahlenflosser“, sagte er. „Das ist bei einigen Exemplaren zu finden, während Coccocephalus aus der letztjährigen Arbeit den kontrastierenden Zustand zeigt, den wir als ausgestülptes Telencephalon bezeichnen.“
Der brasilianische Forscher sagte, die Proben enthielten auch detaillierte Belege für die Hirnhautgewebe, etwa das Membrangewebe, das das Gehirn im Kopf und die Augen stützt – darunter Linsen –, Lederhaut, Muskeln und Netzhautgewebe.
„Obwohl sie im Moment nicht ausreichen, um ein klares Bild der Entwicklung dieser Strukturen zu liefern, sind sie ein Hinweis darauf, dass eine derart umfassende Erhaltung von Weichteilen möglich ist“, sagte Figueroa. „Ich glaube, dass in den kommenden Jahren noch viele weitere Entdeckungen gemacht werden könnten.“
Die Studie ist der Höhepunkt von fünf Jahren Forschung. Nach der Entdeckung des ältesten fossilen Wirbeltierhirns im Jahr 2023 wollte Figueroa andere mögliche Fälle der Weichteilkonservierung in Fossilien besser verstehen und herausfinden, wie viele Informationen diese Art der Konservierung liefern kann.
„Ich erinnere mich noch an das erste Mal, als ich mir den Scan eines der Exemplare ansah“, sagte er.
„Ich war schon ganz aufgeregt, als ich all die Details sah, die in den Knochen erhalten geblieben waren, und dann wurde mir klar, dass da noch mehr war. Es war ein Auge in nahezu makellosem Zustand. Von diesem Moment an war es ein Abenteuer, immer mehr konserviertes Weichgewebe zu finden und es mit lebenden Fischen zu vergleichen. Es ist erstaunlich, wie viel in diesen Exemplaren erhalten geblieben ist.“
Mehr Informationen:
Rodrigo T. Figueroa et al., Weichteilfossilisierung beleuchtet die schrittweise Evolution des Gehirns der Strahlenflosser, Aktuelle Biologie (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2024.05.027