סריקות מתקדמות של הדג הקדום Trawdenia planti חשפו רקמות עצביות שמילאו כמעט את כל חלל הגולגולת. הממצא מספק רמזים להתפתחותם המוקדמת של מקריני הסנפיר ומאפשר להשתמש בגולגולות מאובנות לשחזור מבנה המוח גם כאשר הרקמות עצמן לא השתמרו
לפני יותר מ־300 מיליון שנה מת דג קטן בביצה קדומה באזור הכפר טראודן (Trawden) שבמחוז לנקשייר (Lancashire), בצפון־מערב אנגליה. גופתו שקעה לקרקעית ונקברה בתוך שכבת סלע בין מרבצי הפחם של אזור ברנלי (Burnley). שילוב נדיר של תנאים כימיים וגאולוגיים שימר לא רק את שלדו, אלא גם שרידים של הרקמות העצביות במוחו.
כעת השתמשו חוקרים מאוניברסיטת שיקגו (University of Chicago) בסריקות טומוגרפיה ממוחשבת כדי לבחון מחדש את המאובן של הדג Trawdenia planti. המחקר, שפורסם בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences – PNAS, מראה כי המוח מילא את מרבית החלל הפנימי של קופסת המוח – ממצא שעשוי לשנות את הדרך שבה חוקרים משחזרים את מוחם של דגים קדומים.
רקמות עצביות כמעט שאינן מתאבנות
רוב המאובנים משמרים עצמות, שיניים, קשקשים או קונכיות. רקמות רכות מתפרקות במהירות לאחר המוות, ורק לעיתים נדירות הן שורדות את תהליך ההתאבנות. רקמות עצביות נדירות במיוחד בתיעוד המאובנים משום שהן עדינות ומתפרקות במהירות רבה.
ד"ר אביגיל קרון (Abigail Caron), המחברת הראשית של המחקר, הסבירה כי כאשר רקמות רכות נשמרות, מדובר בדרך כלל בעור או בשרירים. שימור של רקמת מוח ושל קרומי מערכת העצבים הוא אירוע חריג בהרבה.
הסריקות החדשות אפשרו לחוקרים לזהות את עקבות הקרומים החיצוניים והפנימיים של הרקמה העצבית, וכן מבנים הקשורים לחדרי המוח, שבהם זרם בחיי הדג הנוזל המוחי־שדרתי. המודלים התלת־ממדיים הראו כי הרקמות העצביות תאמו היטב את קווי המתאר של החלל הפנימי בגולגולת.
הדג שמייצג את רוב עולם החולייתנים
Trawdenia planti השתייך למקריני הסנפיר (Actinopterygii), קבוצת הדגים שסנפיריהם נתמכים בקרניים גרמיות דקות. מקריני הסנפיר הם כיום קבוצת החולייתנים המגוונת ביותר: הם כוללים כמעט 99% מיותר מ־30 אלף מיני הדגים החיים, וכמחצית מכלל מיני החולייתנים בני זמננו.
למרות הצלחתם העצומה, השלבים הראשונים באבולוציה של מקריני הסנפיר עדיין אינם ברורים. לאחר סוף תקופת הדבון התרחש גיוון מהיר של מיני דגים רבים, אך קשה לקבוע כיצד רבים מן המינים הקדומים קשורים לקבוצות החיות כיום.
פרופ' מייקל קואטס (Michael Coates), המחבר הבכיר של המחקר, תיאר את בסיס העץ האבולוציוני של מקריני הסנפיר כמעין סבך צפוף של ענפים. מאובנים רבים מתקופת הקרבון משלבים תכונות שאינן מאפשרות לשייכם בקלות לאחת מקבוצות הדגים המודרניות.
רמז לקשר עם חדקנים ודגי משוט
מבנה המוח של Trawdenia planti כולל כמה תכונות המזכירות את קבוצת ה־Chondrostei, המיוצגת כיום בעיקר בידי חדקנים (sturgeons) ודגי משוט (paddlefish). בין היתר זיהו החוקרים אזור במוחון שנכרך סביב חלקו האמצעי של המוח.
אין פירוש הדבר שהדג המאובן היה אב קדמון ישיר של החדקנים או של דגי המשוט החיים כיום. הממצא מצביע על כך שהוא עשוי לייצג הסתעפות קדומה הקרובה לקו האבולוציוני שממנו התפתחו קבוצות אלה.
לדברי קואטס, ההשוואה בין המוחות אינה תלויה רק בגודלם היחסי של חלקי המוח, אלא גם באופן שבו הם היו מסודרים וצמודים זה לזה בתוך הגולגולת. ייתכן שהמאובן מתעד שלב מוקדם בהתפצלות של דגים שממשיכיהם המודרניים כוללים את החדקנים ואת דגי המשוט.
הגולגולת עשויה לשמש כתבנית של המוח
אחת המסקנות החשובות ביותר של המחקר אינה נוגעת רק למין המסוים שנבדק. במאובני דגים אחרים שתוארו בעבר נראו לעיתים מבנים דמויי מוח שהיו קטנים בהרבה מן החלל הפנימי של הגולגולת. הדבר עורר ספק אם אפשר להסיק את צורת המוח רק על סמך קופסת המוח.
במאובן של Trawdenia planti, לעומת זאת, הרקמות העצביות מילאו את קופסת המוח והתאימו לצורתה. מכאן עולה כי לפחות אצל דגים קדומים מסוג זה, החלל הפנימי של הגולגולת יכול לשמש מדד אמין למדי לגודלו ולמבנהו הכללי של המוח.
המשמעות היא שחוקרים אינם חייבים למצוא רקמת מוח מאובנת בכל דג קדום. אפשר יהיה לסרוק גולגולות שמורות היטב, לבנות מודלים של החלל הפנימי שלהן ולהשתמש בו כדי לשחזר את צורת המוח. כך עשוי מספר המאובנים השימושיים לחקר האבולוציה של מערכת העצבים לגדול במידה ניכרת.
דרך ארוכה ממכרה הפחם למעבדת הסריקות
גם ההיסטוריה של המאובן יוצאת דופן. הדג התגלה בשנת 1888 בידי כורי פחם באזור לנקשייר. הכורים נהגו לאסוף מאובנים שנחשפו במהלך עבודתם, ואילו גאולוגים השתמשו במאובני צמחים כדי לזהות ולמפות שכבות פחם שניתן היה לכרות.
גוש הסלע שבו נמצא הדג נבקע לשני חלקים. שני החלקים הגיעו למוזיאון טבע בלונדון ונרשמו תחילה כדגימות נפרדות. רק מאוחר יותר הבין קואטס כי מדובר בשני חצאים של אותו מאובן.
קואטס החל לחקור את הדג בשנות ה־90 של המאה ה־20. תיאור מפורט של שלדו פורסם בשנת 1999, ובהמשך נסרק המאובן במסגרת מחקר שפורסם בשנת 2018. קרון המשיכה את העבודה במסגרת הדוקטורט שלה, תוך שימוש בשיטות דימות ובניתוחים ממוחשבים מתקדמים יותר.
הטכנולוגיה החדשה חשפה פרטים שלא ניתן היה לזהות בבדיקות הקודמות. לדברי החוקרים, ייתכן שבמוזיאונים קיימים מאובנים נוספים שבהם השתמרו סימנים דומים, אך הם לא זוהו עד כה משום שלחוקרים לא היו הכלים המתאימים או שלא ידעו אילו סימנים לחפש.
הממצא של Trawdenia planti מדגים כיצד מאובן שנמצא לפני יותר מ־130 שנה יכול להניב מידע חדש לחלוטין בזכות שיטות סריקה וניתוח שלא היו קיימות בעת גילויו. הוא גם פותח דרך לבחון מחדש מאובני דגים שכבר שוכנים באוספי מוזיאונים ולחפש בהם עדויות לאבולוציה המוקדמת של מוח החולייתנים.
שאלות ותשובות
מהו Trawdenia planti?
זהו מין נכחד של דג קטן מקבוצת מקריני הסנפיר (Actinopterygii), שחי בתקופת הקרבון לפני יותר מ־300 מיליון שנה.
מה השתמר במאובן?
לצד השלד והגולגולת השתמרו סימנים של רקמות עצביות, ובהם קרומים ומבנים הקשורים לחדרי המוח. זהו שימור נדיר מאוד משום שרקמות מוח מתפרקות במהירות לאחר המוות.
האם המוח עצמו נשמר בשלמותו?
לא במובן של מוח שלם בעל הרכבו הביולוגי המקורי. תהליך ההתאבנות שימר את צורתן ואת עקבותיהן של רקמות עצביות לאחר שהוחלפו או מולאו במינרלים.
מדוע חשוב שהמוח מילא את קופסת המוח?
ההתאמה בין המוח לבין החלל הפנימי של הגולגולת מצביעה על כך שאפשר להשתמש בצורת קופסת המוח כדי לשחזר את גודלו ואת מבנהו הכללי של המוח גם במאובנים שבהם הרקמות הרכות לא השתמרו.
מה הקשר בין הדג לחדקנים ולדגי משוט?
מבנה מוחו כולל תכונות המזכירות דגים מקבוצת Chondrostei, המיוצגת כיום בידי חדקנים ודגי משוט. הוא אינו בהכרח אביהם הישיר, אך עשוי להיות קרוב להסתעפות קדומה של הקבוצה.
מדוע המאובן נחקר רק עכשיו אף שהתגלה במאה ה־19?
המאובן נחקר בעבר, אך שיטות טומוגרפיה וניתוח ממוחשב חדשות אפשרו לזהות בתוך הגולגולת מבנים עדינים שלא ניתן היה לראות בטכנולוגיות קודמות.
המאמר המדעי
עוד בנושא באתר הידען
- הכליה והשלד עשויים לחלוק מקור עוברי קדום מכפי שחשבו
- הגנום חושף: קריסת אוכלוסיית הקואלות החלה לפני כ־100 אלף שנה
- משפירית ועד כוכב ים: מדוע בעלי חיים אינם רואים את הזמן באותו קצב?
- האם תמנוני ענק היו טורפי־על באוקיינוסים של עידן הדינוזאורים?
- גללים בני 700 אלף שנה חושפים את תפריט סנאי הקרקע של עידן הקרח
