2000年前古尸大脑中发现保存完整神经元!研究者:这前所未有

10/18 10:35
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  公元 79 年,维苏威火山发生了一场灾难性喷发,摧毁了附近几个城镇,造成数千人死亡。如今,意大利科学家从其中一个遇难者 “玻璃化” 的大脑中发现了保存完好的神经元。相关研究于 10 月 6 日在《公共科学图书馆 综合》(PLOS ONE)上发表。

  在古代人类遗骸中发现脑组织是一件不寻常的事件。该论文的合著者皮尔 · 保罗 · 彼得罗恩认为,2000 年前的中枢神经系统的神经结构被完整地保存下来,“我们的案例是前所未有的”。

  

  图 | 考古学家使用扫描电子显微镜(SEM),在一位古代遇难者的遗体中发现了存在神经元的证据。 (来源:论文)

  人死后,大脑通常不会留存很长时间。一般情况下,大脑是在自然环境下最早分解的东西之一。但这也并非没有先例。

  “脑组织确实能保存下来,而且比人们想象的要常见得多。”哥本哈根大学古蛋白质组学专业的研究生亚历山德拉 · 海沃德告诉科技媒体 Ars。至目前为止,海沃德已找到了大约 1300 个保存下来的大脑。

  不过,彼得罗恩等人在维苏威发现的保存大脑非常古老,而且就其保存机制提出了不寻常的假说。

  玻璃化的大脑?

  2001 年由彼得罗恩等人发表的一项研究估计,摧毁庞贝的火山碎屑流的温度为 500 摄氏度,足以在短时间内杀死当地居民。彼得罗恩认为,赫库兰尼姆的居民可能就遭遇了类似的命运。该地比庞贝城离维苏威火山更近一些。

  彼得罗恩等人在后续研究中证明了这一点,即极端高温导致了许多人死亡。他与几位同事对一名遇难者的头骨进行了分析。根据彼得罗恩等人的说法,大脑物质通常会在高温下“皂化”,变成甘油和脂肪酸。但是这名遇难者的大脑已经被特殊地玻璃化了,也就是熔成了玻璃。参考当时环境中被烧焦的木头,估计温度可高达 520 摄氏度。

  “这表明极高的辐射热能够点燃体内脂肪并蒸发软组织,”彼得罗恩总结道。“从受害者头部检测出的玻璃状物质、人脑中留存的蛋白质,以及在头发中发现的脂肪酸,表明了热诱导下,存留的是玻璃化的人类脑组织。”

  

  图 | 发掘标本时绘制的草图勾勒出人体的特征。头骨的后部(枕骨和顶骨的一部分)已爆开。A. 从颅骨内部收集的玻璃化的脑碎片;B. 脊柱玻璃化的脊髓碎片(SEM,比例尺以毫米为单位)。 (来源:论文)

  在最新的论文中,彼得罗恩等人研究了先前鉴定的蛋白质的基因表达,包括使用扫描电子显微镜,得到玻璃化的大脑和脊髓残骸的成像结果。他们发现,这些图像揭示了人类中枢神经系统的典型特征,包括神经元和脑白质中的轴突。这证明了脑组织转化为玻璃后,人们发现了保存完好的古代神经元结构。

  “这一非凡的发现表明,火山喷发开始时,袭击赫库兰尼姆的热火山灰云迅速冷却。”论文合著者圭多 · 佐丹奴(Guido Giordano)说道。研究小组得出结论,独特的玻璃化过程 “冻结” 了该特定遇难者的神经元结构,从而使它们完整无损。

  此外,伦敦大学学院的阿克塞尔 · 佩佐尔德(Axel Petzold)和几位同事证实,在约克郡的赫灵顿出土的 2600 年前的人类头骨中,有神经细胞结构被保存了下来。不过,其机制与彼得罗恩等人声称的玻璃化不同。而近期至少有四篇论文表明,在保存完好的古代大脑中发现了神经元存在的证据。所以可能有不止一种机制在起作用。

  理论争议

  英国蒂赛德大学的法医人类学家蒂姆 · 汤普森表示,他认为汽化理论并不合理,他更倾向于自己的基于骨骼和胶原蛋白证据的替代理论——即赫库兰尼姆的遇难者可能本质上是被较低强度的热量炙烤过,就像在烤箱里烤肉一样。

  而根据海沃德的说法,甚至皂化作用也不是典型的。她查阅了约 187 个资料来源,只有 9% 的资料描述了类似皂化的现象,其中只有一种被化学证实。

  汤普森认为这篇最新的论文很有趣,但也 “令人沮丧”,特别是因为作者没有包含原始数据,只是一个蛋白质和相关基因表达的列表。“需要有更多关于团队恢复的数据的信息,并更多地参考以前发表的研究。” 他更想知道为什么在这种特定的情况下大脑材料能够保存得如此完好,而其他赫库兰尼姆遇难者的大脑已经完全蒸发了。“这是如此有趣和复杂的保存背景,值得进一步探索。”

  根据海沃德的观点,最近的两项古蛋白质组学研究报告了数百种蛋白质,而彼得罗恩等人只发现了 9 种。“为什么这 9 种蛋白质被发现了,这是否与这个大脑的保存方式有关。”海沃德表示,“在没有原始数据的情况下,很难进行调查。”

  海沃德的同事马修 · 柯林斯谈及在分析古老的蛋白质组时,通常只能识别出仪器所检测数据的 3%。因此,当研究者发表一篇论文时,基本会发布所有的原始数据。“一般来说,原始数据是可以访问和下载的,而新的软件策略和新的分析方法也会带来新的成果。”

  不可否认,法医学和人类学的融合以及先进的工具,正在为此类研究带来福音。柯林斯指出,个性化医疗的激增,促发了高通量基因测序和蛋白质组学的混合。再加上适合分析古代样品的高共振成像技术,使此类研究及论文显著增加。正如柯林斯所说:“我们都提出了不同的方法和想法,因为我们意识到只有共同合作,才能真正了解这些研究的进展。”

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