科学教科书错了？5.25亿年前的化石否定了对大脑进化的普遍解释

科学教科书错了？5.25亿年前的化石否定了对大脑进化的普遍解释该化石几乎没有半英寸（不到1.5厘米）长，最初于1984年被发现，直到现在还隐藏着一个重要的秘密：一个保存得很好的神经系统，包括一个大脑。这项研究于11月24日发表在《科学》杂志上，由亚利桑那大学神经科学系的摄政教授尼古拉斯-斯特劳斯菲尔德和伦敦大学国王学院进化神经科学的读者弗兰克-赫斯领导。斯特劳斯菲尔德说："据我们所知，这是迄今为止我们知道的最古老的大脑化石。"Cardiodictyon属于一个已灭绝的动物群体，被称为心网虫，它们在一个被称为寒武纪的时期早期大量存在，当时几乎所有的主要动物品系都在5.4亿年到5亿年前的极短时间内出现。心网虫很可能使用多对柔软、粗壮的腿在海底移动，这些腿缺乏它们优化后的产物-关节。今天与lobopodians最接近的活体亲属是主要生活在澳大利亚、新西兰和南美洲的栉蚕。Cardiodictyoncatenulum化石于1984年在中国云南被发现。在这张照片中，该动物的头部在右边。资料来源：NicholasStrausfeld/亚利桑那大学可以追溯到19世纪的辩论Cardiodictyon的化石显示，这种动物的躯干是分段的，其中有被称为神经节的神经结构的重复排列。这与它的头部和大脑形成了鲜明的对比，两者都缺乏任何可分割的证据。据作者说，这一发现解决了关于节肢动物的头部起源和组成的长期激烈争论，节肢动物是世界上动物王国中物种最丰富的群体。节肢动物包括昆虫、甲壳动物、蜘蛛和其他蛛形纲动物，加上其他一些品系，如千足虫和蜈蚣。"从19世纪80年代开始，生物学家注意到节肢动物典型的躯干的明显分段外观，并基本上将其推断成头部，"Hirth说。"这就是该领域如何得出头部是分节的躯干的前部延伸的结论。但是Cardiodictyon表明早期的头部不是分段的，它的大脑也不是分段的，这表明大脑和躯干的神经系统可能是分开进化的。"Cardiodictyoncatenulum的头部化石（前部在右边）。品红色的沉积物标志着大脑结构的化石。资料来源：NicholasStrausfeld大脑确实化石化了Cardiodictyon由古生物学家侯先光在云南省发现于一个著名的化石矿床，其柔软、精致的身体在化石记录中保存得很好，但除了Cardiodictyon之外，没有一个人被仔细检查过它们的头部和大脑，这可能是因为它通常很小。Cardiodictyon最突出的部分是一系列三角形、马鞍形的结构，这些结构界定了每一节，并作为一对腿的连接点。这些在更古老的岩石中被发现，可以追溯到寒武纪的到来。这可能是最早的节肢动物，甚至比三叶虫还要早，三叶虫是海洋节肢动物的一个标志性和多样化的群体，大约在2.5亿年前灭绝了。"直到最近，人们的普遍理解是'大脑不会变成化石'，"Hirth说。"所以你首先不会期望找到一个保存着大脑的化石。其次，这种动物是如此之小，你甚至难以希望能在其中找到一个大脑。"然而，过去10年的工作，斯特劳斯菲尔德已经在各种节肢动物化石中发现了几个保存大脑的案例。制造大脑的共同遗传基础计划在他们的新研究中，作者不仅确定了Cardiodictyon的大脑，而且还将其与已知的化石和活的节肢动物，包括蜘蛛和蜈蚣的大脑进行了比较。结合对化石的详细解剖学研究和对其活体后代的基因表达模式的分析，他们得出结论，从寒武纪到今天，它们一直保持着一个共同的大脑组织蓝图。在Cardiodictyon中，三个脑域分别与一对特征性的头部附属物和前部消化系统的三个部分之一有关。"通过比较活体物种的已知基因表达模式，我们确定了所有大脑的共同特征以及它们是如何形成的。我们意识到，每个脑域及其相应的特征都是由相同的组合基因指定的，无论我们看的是哪个物种，"Hirth补充说。"这表明有一个制造大脑的共同遗传基础计划"。"对脊椎动物大脑进化的启示研究中描述的原则可能适用于节肢动物及其近亲以外的其他生物。当把节肢动物的神经系统与脊椎动物的神经系统进行比较时，这具有重要的意义，脊椎动物的神经系统显示出类似的独特结构，其中前脑和中脑在遗传上和发育上与脊髓不同。施特劳斯菲尔德说，他们的发现还提供了一个信息，即在地球在气候转变的影响下正在发生巨大变化的时候，他们的发现具有连续性。"在重大地质和气候事件重塑地球的时候，简单的海洋动物，如Cardiodictyon，产生了世界上最多样化的生物群--节肢动物，最终传播到地球上的每一个新兴栖息地。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333821.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333821.htm

研究发现头骨限制了地球最早的陆地动物的进化

研究发现头骨限制了地球最早的陆地动物的进化根据科学家们进行的一项最新研究，四足动物头骨的骨头比已灭绝和活着的鱼类的骨头要少，这限制了它们数百万年的进化。通过分析从水生环境过渡到陆生环境的动物的头骨化石，科学家发现四足动物的头骨之间的连接比鱼类更复杂。头骨解剖学的这些变化非但没有促进陆地生命的多样化，反而限制了四足动物头骨的进化。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1315361.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1315361.htm

考古学家首次发现三叠纪时期的无足目化石 揭示两栖动物的起源

考古学家首次发现三叠纪时期的无足目化石揭示两栖动物的起源这种新发现的化石可以颠覆古生物学家对我们历史的认识。来自弗吉尼亚理工大学和美国石化森林国家公园的一个古生物学家团队，发现了第一个"明确无误的"三叠纪时期的无足目化石，这也是已知最古老的无足目化石--从而将这种小型的、会钻洞的哺乳动物的生存记录提前了大约3500万年，这一发现也填补了这种类似两栖动物的已知历史化石记录中至少8700万年的空白。该化石最初是由弗吉尼亚理工学院地质科学系的博士生BenKligman在2019年的一次挖掘中在亚利桑那州的石化森林国家公园共同发现的。被Kligman命名为Funcusvermisgilmorei，该化石将无足目的历史延伸到3500万年前的三叠纪，大约是2.5亿到2亿年前。石化森林国家公园古生物实验室在对雷雨岭化石地点的沉积物进行显微镜分拣时，发现了Funcusvermisgilmorei的下颚，不久之后，该下颚的显微镜照片。资料来源：本-克里格曼为弗吉尼亚理工大学拍摄的照片在今天发表在《自然》杂志上的这项新研究之前，人们只发现了10个无足目化石，最早可以追溯到大约1.83亿年前的早侏罗纪时期。然而，以前的DNA研究估计无足目的进化起源可以追溯到石炭纪或二叠纪，大约3.7亿到2.7亿年前，据Kligman说，这标志着8700万年的差距。然而，以前没有发现这种化石。"最古老的无足目化石的发现突出了新化石证据的关键性质。没有这样的化石，古生物学和进化论中许多最大的悬而未决的问题就无法得到解决。"Kligman说，他之前发现了一个2.2亿年前的犬牙交错或干哺乳动物的物种，这是现代哺乳动物的前身。"无足目化石是非常罕见的，它们是在古生物学家寻找其他更常见的动物化石时意外发现的。我们的发现完全出乎意料，它改变了我科学兴趣的轨迹。"化石的发现是在2019年由Kligman和石化森林国家公园的学生实习生XavierJenkins（现在是爱达荷州立大学的博士生）发现的，当时两人正在通过显微镜处理公园内绰号为雷暴山脊的化石沉积物。Kligman说，Funcusvermis是在Chinle地层的一个层中发现的，其年代约为2.2亿年前，当时亚利桑那州位于赤道附近，处于超级大陆Pangaea的中央部分。当时这个地区受到炎热、潮湿气候的影响。今天，亚利桑那州仍然很热，但湿度很低。"在显微镜下看到第一个下巴，其独特的双排牙齿，让我背脊发凉，"克里格曼说。"我们立即知道这是一个无足目，是迄今为止发现的最古老的无足目化石，也是一个千载难逢的发现。"在这次发现之前，化石记录中8700万年的空白掩盖了无足目的早期进化历史，导致科学家们对无足目与它们的两栖动物亲戚--青蛙和蝾螈的关系进行了长达几十年的争论。Funcusvermis扩展了所有已知的化石和活体无足目中出现的潮湿赤道模式，这表明无足目的生物地理历史一直被限制在这些生态环境中，可能是由于与湿度有关的生理限制，并受到盘古大陆分裂后大陆板块漂移进入和离开潮湿赤道区的制约。现代无足目是没有四肢的两栖动物，具有圆柱形的身体和紧凑的子弹形头骨，有助于它们钻入地下。现在，穴居动物只生活在南美洲和中美洲、非洲和亚洲南部，它们一生都钻在落叶层或土壤中寻找猎物，如蠕虫和昆虫。这种地下生存方式使科学家难以研究尾丝虫。克里格曼以幽默的口吻将现代尾丝虫描述为"没有眼睛的袜子木偶，有着蠕虫般的身体"。Funcusvermis实际上与早期青蛙和蝾螈化石有更多相关的骨骼特征，加强了无足目与这两类动物之间共同起源和密切进化关系的证据。Funcusvermis还与古生物学家称为dissorophoidtemnospondyls的古代两栖动物群共享骨骼特征。Kligman补充说："与活着的无足目不同，Funcusvermis缺乏许多与钻入地下有关的适应性，这表明在无足目进化的早期阶段，获得与地下生活方式有关的特征的速度较慢。"现在，有趣的部分来了。属名'Funcusvermis'的灵感来自于俄亥俄演奏家1972年的歌曲"FunkyWorm"，这首歌来自他们的专辑《Pleasure》，这是作者最喜欢的歌曲，在雷暴岭挖掘化石时经常播放。Funcus"源自英语单词Funky的拉丁化形式，指的是节奏感强的舞曲形式，而"vermis"则源自拉丁语中的虫子。这个物种的名字gilmorei是为了纪念费城德雷塞尔大学自然科学院的收藏经理NedGilmore。弗吉尼亚理工大学和石化森林国家公园的古生物学家于2018年夏天在雷雨岭进行挖掘。资料来源：本-克里格曼的照片这项研究的共同作者包括弗吉尼亚理工大学地球科学系的助理教授MichelleStocker和副教授SterlingNesbitt，以及作为弗拉林生命科学研究所一部分的全球变化中心的成员。其他作者包括首席古生物学家亚当-马什、博物馆馆长马修-史密斯和科学与资源管理主管威廉-帕克，他们都在石化森林国家公园；以及华盛顿大学伯克博物馆和生物系的博士后研究员布莱恩-吉。"正如同名歌曲所说，它是世界上最有趣的虫子，"马什夸奖道，他们也在充分期待发掘更多的素材，从而能够颠覆古生物学家对化石历史的认识。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1344099.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1344099.htm

研究人员发现了大脑进化保守区域的新功能

研究人员发现了大脑进化保守区域的新功能动物如何知道它们在环境中的位置，以及这如何决定它们随后的选择？霍华德-休斯医学研究所Janelia研究基地的研究人员发现，后脑--大脑后部的一个进化保守或"古老"的区域--帮助动物计算它们的位置，并利用这些信息来计算它们接下来需要去的地方。最近发表在《细胞》杂志上的这项新研究发现了"进化保守区域"部分的新功能，这些发现可能适用于其他脊椎动物。这段视频显示了幼年斑马鱼在虚拟现实环境中时的全脑记录。资料来源：MishaAhrens全脑成像揭示了新的网络为了弄清楚动物如何理解它们在环境中的位置，由阿伦斯实验室的博士后杨恩领导的研究人员，将几乎没有半厘米长的半透明小斑马鱼放在一个模拟水流的虚拟现实环境中。当水流出乎意料地转变时，鱼儿最初会被推离航线，然而，它们能够纠正这种运动并回到它们的起点。当斑马鱼在虚拟现实环境中游泳时，研究人员使用Janelia公司开发的全脑成像技术来测量鱼的大脑中正在发生的事情。这种技术使科学家们能够搜索整个大脑，看哪些电路在它们的航向纠正行为中被激活，并分解出所涉及的单个组件。研究人员预计会在前脑看到激活，因为掌管记忆的海马体位于那里，它包含了一个动物环境的"认知地图"。令他们惊讶的是，他们在延髓的几个区域看到了激活，关于动物位置的信息正从一个新确定的电路通过一个叫做下橄榄的后脑结构传递到小脑的运动电路，使鱼能够按自己的意图移动，而当这些通路被阻断时，鱼就无法导航回到它原来的位置。幼年斑马鱼的虚拟现实环境，鱼在模拟水流的情况下穿越二维环境这些发现表明，脑干区域会记住斑马鱼的原始位置，并根据其当前和过去的位置产生一个错误信号。这一信息被转达给小脑，使鱼能够游回它的起点。这项研究揭示了下橄榄和小脑的新功能，已知它们参与了伸手和运动等动作，但没有参与这种类型的导航。新研究的第一作者杨说："我们发现，鱼正试图计算其当前位置和其首选位置之间的差异，并利用这一差异产生一个错误信号。大脑将该错误信号发送到其运动控制中心，因此鱼在被流动无意中移动后可以进行纠正，甚至在许多秒后。"一个新的多区域后脑回路目前还不清楚这些相同的网络是否参与了其他动物的类似行为。但研究人员希望研究哺乳动物的实验室现在将开始研究后脑中用于导航的同源电路。研究人员说，这种后脑网络也可能是其他导航技能的基础，例如当一条鱼游到一个特定的地方避难时。Janelia高级组长MishaAhrens说："这是一个未知的电路，用于这种形式的导航，我们认为它可能是探索和基于地标的导航的高阶海马体电路的基础。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342259.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342259.htm

科学家从章鱼视觉系统的地图中发现大脑进化的新线索

科学家从章鱼视觉系统的地图中发现大脑进化的新线索章鱼大脑的荧光图像显示不同的不同类型的神经元的位置信用：Niell实验室他们在一篇新的科学论文中列出了章鱼视觉系统的详细地图。在该地图中，他们对大脑中专门用于视觉的部分的不同类型的神经元进行了分类。这一结果对其他神经科学家来说是一个宝贵的资源，提供了可以指导未来实验的细节。此外，它还可以让我们更广泛地了解大脑和视觉系统的进化情况。该团队今天（10月31日）在《当代生物学》杂志上报告了他们的发现。CrisNiell在俄亥俄大学的实验室研究视觉，主要是在小鼠身上。但是几年前，博士后JuditPungor给实验室带来了一个新物种--加州双点章鱼。尽管传统上它并不被用作实验室的研究对象，但这种头足类动物很快就引起了俄亥俄大学神经科学家的兴趣。与小鼠不同，小鼠并不以拥有良好的视觉而闻名，"章鱼有一个惊人的视觉系统，它们的大脑中有很大一部分专门用于视觉处理，"Niell说。"它们的眼睛与人类的眼睛非常相似，但在那之后，大脑就完全不同了。"章鱼和人类的最后一个共同祖先是在5亿年前，此后，这些物种在非常不同的环境中进化。因此，科学家们不知道视觉系统的相似之处是否超出了眼睛的范围，或者章鱼是否反而使用了完全不同种类的神经元和大脑回路来实现类似的结果。"看到章鱼的眼睛如何与我们的眼睛相似地进化，思考章鱼的视觉系统如何能够成为更普遍地理解大脑复杂性的模型是一件很酷的事情，"Niell实验室的研究生和该论文的第一作者MeaSongco-Casey说。"例如，是否有基本的细胞类型是这种非常聪明、复杂的大脑所需要的？"在这里，研究小组使用遗传技术来确定章鱼视叶中不同类型的神经元，这是大脑中专门用于视觉的部分。他们挑选出六大类神经元，根据它们发出的化学信号进行区分。观察这些神经元中某些基因的活动，然后发现更多的亚型，为更具体的作用提供了线索。在某些情况下，科学家们精确地指出了特定的神经元群在独特的空间排列中--例如，在视叶周围的一圈神经元都使用一种叫做辛胺的分子发出信号。果蝇在活动时使用这种类似于肾上腺素的分子来增加视觉处理。因此，它也许在章鱼中也有类似的作用。"现在我们知道有这种非常特殊的细胞类型，我们可以开始进入并弄清楚它的作用，数据中大约有三分之一的神经元看起来还没有完全发育。章鱼的大脑在动物的生命周期中不断成长并增加新的神经元。这些不成熟的神经元，尚未整合到大脑电路中，是大脑处于扩张过程中的一个标志！"。然而，该地图并没有像研究人员所想的那样，显示出明显从人类或其他哺乳动物大脑转移过来的神经元组。这些神经元并没有相互映射--它们使用不同的神经递质。但是，也许它们正在进行相同种类的计算，只是方式不同。深入挖掘还需要更好地掌握头足类动物的遗传学。参与这项研究的安德鲁-克恩实验室的研究生加比-科芬（GabbyCoffing）说，由于章鱼在传统上没有被用作实验动物，许多用于果蝇或小鼠的精确遗传操作的工具还不存在于章鱼。有很多基因我们不知道它们的功能是什么，因为我们还没有对很多头足类动物的基因组进行排序。如果没有相关物种的基因数据作为比较点，就很难推断出特定神经元的功能。研究团队正在迎接这一挑战。他们现在正在努力绘制章鱼大脑视叶以外的地图，看看他们在这项研究中关注的一些基因如何在大脑的其他地方出现。他们还在记录视叶中的神经元，以确定它们如何处理视觉场景。随着时间的推移，他们的研究可能会使这些神秘的海洋动物不再那么神秘--同时也为我们自己的进化提供一点启示。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331421.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1331421.htm

考古学家在3.19亿年前的化石中发现世界上最古老的脊椎动物大脑

考古学家在3.19亿年前的化石中发现世界上最古老的脊椎动物大脑动物死后，由于食腐动物或分解，其肉体和器官通常会很快消失。这就只剩下骨头了，在某些情况下，骨头可以化石化，成为我们熟悉的博物馆展品。但是，如果尸体避免暴露在外界环境中，例如被迅速埋葬或被包裹在琥珀等材料中，那么皮肤或羽毛等软组织就可以存活到今天。现在，科学家们发现了已知的最古老的脊椎动物的大脑化石。该记录属于一种3.19亿年前的鱼类，即Coccocephaluswildi，它是构成现代脊椎动物中最大群体的鳐鱼的早期祖先。之前的记录保持者是一条鲨鱼，可以追溯到3亿年前，但其他著名的大脑化石包括3.1亿年前的鲎和1.33亿年前的恐龙。不过，它与已知的最古老的心脏相比毫无优势，后者是在3.8亿年前的鱼类化石中发现的。然而，C.wildi的化石并不是一个新的发现--它是在几乎一个世纪前从一个煤矿中挖出来的。但是在新的研究中，研究人员对该标本进行了CT扫描，以便在不破坏它的情况下检查它的内部，并在头骨中发现了一个明亮的圆球，表明有一种更密集的矿物，也许是黄铁矿。研究小组说，这个圆球看起来很像大脑：它从中间对称，有类似于脑室的空隙，还有似乎是颅神经的丝状物质。科学家放大了头骨所在的区域，进行了第二次更高分辨率的扫描，从而确认了这就是世界上最古老的脊椎动物大脑化石。艺术家对Coccocephaluswildi的印象，突出了其保存的大脑的不寻常的形状研究小组说，这种原始的保存可能是因为该鱼死后很快就被埋在了沉积物下，当时几乎没有氧气存在。一个有利于软组织化石的化学微环境似乎也在其头骨内形成。这一发现也可以填补鱼类进化故事中的一些空白。据研究人员称，C.wildi的大脑与鲟鱼和匙吻鲟的大脑最为相似，而这两种鱼恰好被认为是"活化石"，因为它们在3亿多年前就已经与其他鲼鳍鱼类的进化分道扬镳。弗里德曼说："与所有活着的鳐鱼不同，C.wildi的大脑是向内折叠的。因此，这块化石捕捉到的是鳐鱼大脑的这一标志性特征进化之前的时间。这为我们提供了一些关于这一特征何时进化的约束条件--在关于C.wildi的新数据之前，我们没有很好地掌握这一点。"该团队认为，这种大脑保存的情况比以前认为的更常见。在未来的工作中，他们计划开始寻找它们。这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342833.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342833.htm