(Artist's interpretation of a remarkable 319-million-year-old fish that preserves the earliest fossilized brain of a backboned animal. CT images of the brain are helping to unravel the sequence of neural evolution in one of today’s most diverse vertebrate lineages. The fish, Coccocephalus wildi, would have been 6 to 8 inches long and likely fed on small crustaceans and aquatic insects. Credit: Márcio L. Castro.)
(CT scan of the Coccocephalus wildi skull, showing the fossilized brain and associated structures. The brain and cranial nerves appear bright white in the center of the images. The fish is facing to the left. The eye sockets are the large, black oval areas surrounded by bone, and the jaws are below the eye sockets. Credit: Figueroa et al. in Nature, February 2023.)
(The fossilized skull of Coccocephalus wildi, an early ray-finned fish that swam in an estuary 319 million years ago. The fish is facing to the right, with the jaws visible in the lower right portion of the fossil. The eye socket is the circular, bumpy feature above the jaws. This fish would have been 6 to 8 inches long, about the size of a bluegill. Credit: Jeremy Marble, University of Michigan News.)
과학자들이 가장 오래된 경골 어류의 뇌 화석을 확인했습니다. 대부분의 화석은 단단한 껍데기나 뼈인 경우가 대부분이며 그마저도 온전하게 보존되는 경우가 드문 편입니다. 뇌는 가장 썩기 쉬운 부분이기 때문에 척추동물이나 무척추동물이나 모두 보존되는 경우가 극히 드뭅니다.
미시간 대학의 맷 프리드만 (Matt Friedman)과 대학원생인 로드리고 피구에로아 (Rodrigo Figueroa)은 우연한 기회에 3억1900만년 전의 경골 어류 뇌 화석을 확인했습니다.
본래 이 화석은 한 세기 전에 영국의 한 광산에서 발견된 3억1900만년 전의 물고기 머리 화석이었습니다. 코코세팔루스 윌디 (Coccocephalus wildi)라고 명명된 이 화석은 초창기 경골어류의 특징을 보여주고 있습니다.
참고로 경골어류는 현재 어류의 거의 대부분을 차지하는 그룹으로 조기어류와 육기어류로 나눌 수 있습니다. 조기어류는 우리가 알고 있는 대부분의 현생 어류이고 육기어류는 사지 동물로 진화했습니다.
연구팀이 처음 코코세팔루스의 머리를 고해상도 CT 스캔으로 찍었을 때 뇌가 있는 자리에 예상치 못한 뇌 같은 덩어리를 확인할 수 있었습니다. 이것이 정확히 무엇인지 확인하기 위해 연구팀은 다시 고해상도 CT로 정밀하게 촬영했고 이것이 진짜 뇌 화석이라는 점을 확인할 수 있었습니다. 이는 보존 상태가 완벽한 것 가운데 가장 오래된 척추동물의 뇌 화석이었습니다.
(Animation showing CT-scanned images of the Coccocephalus wildi fossilized skull (light yellow), followed by the fossilized fish brain and cranial nerves (pink) and otolith ear-stones (white) inside the skull. Credit: University of Michigan Museum of Paleontology.)
(동영상)
이전에 보고된 가장 오래된 척추동물 뇌 화석은 3억 년 전 상어 뇌 화석이었습니다. 하지만 상어의 경우 경골 어류가 아닌 연골 어류의 화석으로 척추동물의 뇌 진화를 이해하는 데 한계가 있었습니다.
이번에 발견된 코코세팔루스의 화석은 오래되었을 뿐 아니라 경골 어류의 것으로 몇 가지 중요한 특징을 지니고 있습니다. 코코세팔루스의 뇌는 일반적인 경골 어류 뇌와 달리 안쪽으로 접혀 있습니다. 코코세팔루스가 현생 경골 어류의 직접 조상이 등장하기 전 원시적 어류란 점을 시사하는 부분입니다.
현생 어류 중에서는 철갑상어의 뇌와 가장 유사한 데 과학자들은 철갑상어가 가장 원시적인 경골 어류라고 생각하고 있었습니다. 이번 발견은 이를 지지하는 증거라고 할 수 있습니다.
척추동물의 뇌는 척추 뼈나 두개골과 달리 잘 보존되는 부분이 아니기 때문에 연구가 쉽지 않습니다. 이번 발견이 네이처에 실린 이유일 것입니다. 이 원시 어류의 작은 뇌는 우리와 아무 상관이 없는 것이 아니라 사실 인간을 포함한 사지동물과 경골어류 뇌 진화의 핵심적인 내용을 담고 있을지도 모릅니다. 앞으로 후속 연구 결과가 궁금합니다.
참고
https://phys.org/news/2023-02-million-year-old-fish-earliest-fossilized-brain.html
Matt Friedman, Exceptional fossil preservation and evolution of the ray-finned fish brain, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05666-1. www.nature.com/articles/s41586-022-05666-1
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