مسح متقدم للأسماك القديمة تراودينيا بلانتي تم الكشف عن نسيج عصبي يملأ تجويف الجمجمة بالكامل تقريبًا. يوفر هذا الاكتشاف أدلة على التطور المبكر لأشعة الزعانف، ويسمح باستخدام الجماجم الأحفورية لإعادة بناء بنية الدماغ حتى في حال عدم حفظ الأنسجة نفسها.
قبل أكثر من 300 مليون سنة، نفقت سمكة صغيرة في مستنقع قديم قرب قرية تراودن في لانكشاير، شمال غرب إنجلترا. غرق جسدها في القاع ودُفن في طبقة من الصخور بين حقول الفحم في منطقة بيرنلي. وقد ساهمت ظروف كيميائية وجيولوجية نادرة في الحفاظ ليس فقط على هيكلها العظمي، بل أيضاً على بقايا الأنسجة العصبية في دماغها.
والآن، استخدم باحثون من جامعة شيكاغو فحوصات التصوير المقطعي المحوسب لإعادة فحص الأحفورة السمكية. تراودينيا بلانتيأظهرت الدراسة، التي نُشرت في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS)، أن الدماغ ملأ معظم المساحة الداخلية لجمجمة الإنسان - وهو اكتشاف قد يغير الطريقة التي يعيد بها الباحثون بناء أدمغة... سمكة قديمة.
الأنسجة العصبية التي نادراً ما تتحجر
معظمالحفريات يحفظ العظام والأسنان والحراشف والأصداف. تتحلل الأنسجة الرخوة بسرعة بعد الموت، ونادراً ما تنجو من عملية التحجر. النسيج العصبي وهي نادرة بشكل خاص في السجل الأحفوري لأنها هشة وتتحلل بسرعة كبيرة.
أوضحت الدكتورة أبيجيل كارون، المؤلفة الرئيسية للدراسة، أنه عند حفظ الأنسجة الرخوة، فإنها عادةً ما تكون جلدًا أو عضلات. أما حفظ أنسجة المخ وأغشية الجهاز العصبي فهو أمر نادر الحدوث.
أتاحت عمليات المسح الجديدة للباحثين تحديد آثار الأغشية الخارجية والداخلية للأنسجة العصبية، بالإضافة إلى التراكيب المرتبطة ببطينات الدماغ، حيث كان يتدفق السائل النخاعي خلال حياة السمكة. وأظهرت النماذج ثلاثية الأبعاد أن الأنسجة العصبية تتطابق بشكل كبير مع حدود التجويف الداخلي للجمجمة.
الأسماك التي تمثل معظم عالم الفقاريات
تراودينيا بلانتي ينتمي إلى أسماك الراي الزعنفية (الأكتينوبرتيجيالأسماك شعاعية الزعانف، وهي مجموعة من الأسماك التي تدعم زعانفها أشعة عظمية رفيعة. تُعدّ الأسماك شعاعية الزعانف حاليًا المجموعة الأكثر تنوعًا بين الفقاريات: فهي تشمل ما يقرب من 99% من أكثر من 30 نوع من الأسماك الحية، ونحو نصف جميع أنواع الفقاريات الحديثة.
على الرغم من نجاحهم الهائل، فإن المراحل المبكرة منتطور لا تزال أصول أشعة الزعانف غير واضحة. بعد نهاية العصر الديفوني، شهدت العديد من أنواع الأسماك تنوعًا سريعًا، ولكن من الصعب تحديد عدد الأنواع القديمة التي ترتبط بمجموعات الحيوانات الموجودة اليوم.
وصف البروفيسور مايكل كوتس، المؤلف الرئيسي للدراسة، قاعدة الشجرة التطورية لأشعة الزعانف بأنها نوع من التشابك الكثيف للأغصان. العديد من الأحافير منالعصر الكربوني فهي تجمع بين خصائص لا تسمح بتصنيفها بسهولة كإحدى مجموعات الأسماك الحديثة.
تلميح إلى وجود صلة مع سمك الحفش وسمك المجداف
بنية الدماغ تراودينيا بلانتي تتضمن هذه الدراسة عدة سمات تُذكّر بمجموعة أسماك الغضروف العظمي، التي يُمثلها حاليًا بشكل رئيسي سمك الحفش وسمك المجداف. ومن بين أمور أخرى، حدد الباحثون منطقة في المخيخ تُحيط بالجزء الأوسط من الدماغ.
لا يعني هذا أن السمكة الأحفورية كانت سلفًا مباشرًا لأسماك الحفش أو سمك المجداف الموجودة اليوم. تشير هذه النتيجة إلى أنها قد تمثل فرعًا مبكرًا قريبًا من الخط التطوري الذي تطورت منه هذه المجموعات.
بحسب كوتس، لا تعتمد مقارنة الأدمغة على الحجم النسبي لأجزاء الدماغ فحسب، بل أيضاً على كيفية ترتيبها وارتباطها ببعضها داخل الجمجمة. وقد يسجل هذا الأحفور مرحلة مبكرة من تفرع الأسماك التي تشمل سلالاتها الحديثة سمك الحفش وسمك المجداف.
قد تكون الجمجمة بمثابة نموذج للدماغ
لا تقتصر إحدى أهم نتائج الدراسة على الأنواع المدروسة فحسب، بل إن بعض حفريات الأسماك الأخرى التي وُصفت سابقًا أظهرت تراكيب شبيهة بالدماغ أصغر بكثير من تجويف الجمجمة. وقد أثار هذا تساؤلات حول إمكانية استنتاج شكل الدماغ من علبة الدماغ وحدها.
في أحفورة تراودينيا بلانتيمن ناحية أخرى، ملأت الأنسجة العصبية تجويف الجمجمة واتخذت شكلها. يشير هذا إلى أنه، على الأقل في هذا النوع من الأسماك القديمة، يمكن أن يكون الحيز الداخلي للجمجمة مؤشرًا موثوقًا إلى حد كبير على حجم الدماغ وبنيته العامة.
هذا يعني أن الباحثين ليسوا مضطرين للعثور على أنسجة دماغية متحجرة في كل سمكة قديمة. سيصبح من الممكن مسح الجماجم المحفوظة جيدًا، وبناء نماذج لتجويفها الداخلي، واستخدامها لإعادة بناء شكل الدماغ. وهذا من شأنه أن يزيد بشكل كبير من عدد الأحافير المفيدة لدراسة تطور الجهاز العصبي.
الطريق طويل من منجم الفحم إلى مختبر المسح الضوئي
تاريخ الأحفورة مثير للاهتمام أيضاً. فقد اكتُشفت السمكة عام 1888 على يد عمال مناجم الفحم في لانكشاير. اعتاد عمال المناجم جمع الأحافير التي يكتشفونها أثناء عملهم، بينما استخدم الجيولوجيون أحافير النباتات لتحديد ورسم خرائط طبقات الفحم التي يمكن استخراجها.
انقسمت كتلة الصخر التي عُثر فيها على السمكة إلى قطعتين. انتهى المطاف بالقطعتين في متحف التاريخ الطبيعي في لندن، وسُجّلتا في البداية كعينتين منفصلتين. لم يدرك كوتس إلا لاحقًا أنهما نصفان لنفس الأحفورة.
بدأ كوتس دراسة السمكة في التسعينيات. ونُشر وصف تفصيلي لهيكلها العظمي في عام 1999، وتم مسح الأحفورة لاحقًا في دراسة نُشرت في عام 2018. وواصلت كرون العمل كجزء من أطروحة الدكتوراه الخاصة بها، باستخدام أساليب تصوير أكثر تقدمًا وتحليلًا حاسوبيًا.
كشفت التقنية الجديدة عن تفاصيل لم تكن ظاهرة في الاختبارات السابقة. ويقول الباحثون إنه قد توجد حفريات أخرى في المتاحف تحمل علامات مماثلة، لكن لم يتم التعرف عليها حتى الآن لعدم توفر الأدوات المناسبة لدى الباحثين أو لعدم معرفتهم بالعلامات التي يجب البحث عنها.
اكتشاف تراودينيا بلانتي يُبيّن هذا البحث كيف يمكن لحفرية عُثر عليها قبل أكثر من 130 عامًا أن تُقدّم معلومات جديدة تمامًا بفضل أساليب المسح والتحليل التي لم تكن موجودة وقت اكتشافها. كما يفتح المجال لإعادة فحص حفريات الأسماك الموجودة بالفعل في مجموعات المتاحف بحثًا عن أدلة على التطور المبكر لدماغ الفقاريات.
שאלות ותשובות
ما هو تراودينيا بلانتي?
هذا نوع منقرض من الأسماك الصغيرة من مجموعة الأسماك شعاعية الزعانف (Actinopterygii)، والتي عاشت خلال العصر الكربوني منذ أكثر من 300 مليون سنة.
ما الذي تم حفظه في الأحفورة؟
إلى جانب الهيكل العظمي والجمجمة، حُفظت آثارٌ لأنسجة عصبية، بما في ذلك أغشية وبنى مرتبطة ببطينات الدماغ. يُعدّ هذا حفظًا نادرًا للغاية لأن أنسجة الدماغ تتحلل بسرعة بعد الوفاة.
هل تم الحفاظ على الدماغ نفسه سليماً؟
ليس بمعنى دماغ كامل بتركيبته البيولوجية الأصلية. فقد حافظت عملية التحجر على شكل وآثار الأنسجة العصبية بعد استبدالها أو ملؤها بالمعادن.
لماذا من المهم أن يملأ الدماغ صندوق الدماغ؟
يشير التطابق بين الدماغ والتجويف الداخلي للجمجمة إلى أنه يمكن استخدام شكل علبة الدماغ لإعادة بناء حجم وبنية الدماغ العامة حتى في الأحافير التي لم يتم فيها الحفاظ على الأنسجة الرخوة.
ما هي العلاقة بين الأسماك وسمك الحفش وسمك المجداف؟
تتضمن بنية دماغه سمات تُذكّر بأسماك مجموعة Chondrostei، التي يُمثلها اليوم سمك الحفش وسمك المجداف. وهو ليس بالضرورة سلفًا مباشرًا لها، ولكنه قد يكون قريبًا من فرع مبكر من هذه المجموعة.
لماذا تتم دراسة الأحفورة الآن فقط، على الرغم من اكتشافها في القرن التاسع عشر؟
تمت دراسة الأحفورة في الماضي، لكن طرق التصوير المقطعي وتحليل الكمبيوتر الجديدة جعلت من الممكن تحديد الهياكل الدقيقة داخل الجمجمة التي لم يكن من الممكن رؤيتها بالتقنيات السابقة.
المقال العلمي
X.
المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم
- قد تشترك الكلية والهيكل العظمي في أصل جنيني مبكر أكثر مما كان يُعتقد سابقًا
- كشف الجينوم: بدأ انهيار أعداد حيوانات الكوالا منذ حوالي 100 ألف عام
- من اليعسوب إلى نجم البحر: لماذا لا ترى الحيوانات الوقت بنفس الوتيرة؟
- هل كانت الأخطبوطات العملاقة مفترسات فائقة في محيطات عصر الديناصورات؟
- روث عمره 700 ألف عام يكشف عن قائمة طعام السنجاب الأرضي في العصر الجليدي
