摘要：公元79年维苏威火山喷发期间，被有毒烟雾夺去生命的遇难者的石膏尸骸铸模。那次著名的火山喷发将庞贝古城和赫库兰尼姆城掩埋，人们在一具头骨内发现了类似玻璃的残留物。| 国家地理图片集

地球是一个奇迹

环境｜意大利

公元79年维苏威火山喷发期间，被有毒烟雾夺去生命的遇难者的石膏尸骸铸模。那次著名的火山喷发将庞贝古城和赫库兰尼姆城掩埋，人们在一具头骨内发现了类似玻璃的残留物。| 国家地理图片集

在意大利西海岸，古罗马城市赫库兰尼姆(Herculaneum)的废墟静静诉说着往昔的故事。公元79年，维苏威火山(Mount Vesuvius)的灾难性喷发无情地将这座城市掩埋于地下。

就在这片古老的遗迹中，研究人员收获了一个惊人发现——一颗人类大脑竟变成了玻璃状。这可是有记录以来，首个大脑以如此震撼状态自然保存下来的实例。

遗骸发现于赫库兰尼姆的奥古斯都社团(Collegium Augustalium)内一张烧焦的床上，在一具看似男性受害者的头骨之中。研究人员描述，其被保存为一种“类似黑曜石”的物质，呈现出乌黑且富有光泽的外观。

然而，当这具古代受害者的遗骸重见天日时，火山喷发究竟如何引发了这前所未有的转变，依旧是个未解之谜。

如今，发现这种“玻璃”的同一批科学家在《科学报告》(Scientific Reports)上发表了一项研究成果。研究称，在一阵火山灰和火山岩的雪崩将古城掩埋之前，一股极热的火山灰云曾席卷过赫库兰尼姆。

研究作者推测，那股火山灰云创造出了理论上能够通过一种名为玻璃化(vitrification)的过程，将大脑变成玻璃的条件。但这一切，是否美好得令人难以置信呢？

其他专家对此存疑，他们质疑这种玻璃形成的过程是否可能，甚至对该团队最初发现的物质是否真的是大脑也表示怀疑。围绕这些发现的批评，凸显出重建古代历史这项任务的艰巨性。

一张特写照片，展示的是在维苏威火山遇难者之一的头骨内发现的一块已玻璃化的人类大脑残骸。| 国家地理图片集

一张由扫描电子微探针(SEM)拍摄的图像显示了科学家所称的一块已玻璃化(变成玻璃状)的大脑碎片。| 国家地理图片集

一篇新发表论文的研究作者称，这张显微图像展示了一块带有脊髓神经结构的大脑碎片。 | 国家地理图片集

重返火山爆发现场

在2020年的论文中，研究废墟的团队找到了七种蛋白质存在的证据，这似乎表明这些玻璃状遗骸曾经是脑组织。

而在新论文中，他们记录了一种先进的显微镜技术，如何在这种玻璃状物质里发现了类似于神经元的微小结构。这些显微图像，似乎进一步支持了该物质起源于脑组织的观点。

“能看到古代大脑的微观神经结构被保存下来，实在太神奇了，”意大利罗马第三大学(Università Roma Tre)的火山学家亚历山德拉·彭萨(Alessandra Pensa)感叹道，“我们都不敢相信，如此精细的结构竟能以‘玻璃形态’留存。”该团队有理由感到难以置信。

从理论上讲，要达到这种状态，组织必须先暴露在极高温度下，随后迅速冷却。赫库兰尼姆的火山流温度不够高，冷却速度也不够快，不足以使脑组织玻璃化。

毕竟，只有当给定材料中的液体冷却得足够迅速，在变硬时跳过结晶过程，玻璃才能够形成。不过，这项新研究认为，一股短暂存在的火山灰云或许起到了关键作用。

通过对在赫库兰尼姆采集的玻璃样本部分进行快速加热和冷却实验，该团队发现，当温度达到大约950华氏度(约510摄氏度)时，样本开始软化。这意味着火山灰云的温度至少达到了这个度数。

从理论上来说，在火山灰云消散，周围空气迅速冷却回正常温度(约69.8华氏度，约21摄氏度)后，玻璃就会变硬。

“我们发现了人类大脑玻璃化及其保存的独特条件，”意大利罗马第三大学的火山学家圭多·焦尔达诺(Guido Giordano)解释道，“这一独特发现，意味着背后有着独特的过程。”

一张维苏威火山的鸟瞰图展现出它那巨大的火山口。公元79年这座火山的大规模喷发摧毁了赫库兰尼姆城和庞贝古城。 | 国家地理图片集

质疑声此起彼伏

“我认为这个团队在解释为什么软组织的玻璃化极不可能方面，确实做得不错，”牛津大学(University of Oxford)的法医人类学家亚历山德拉·莫顿-海沃德(Alexandra Morton - Hayward)表示，“生物软组织在环境温度下无法自然形成稳定的玻璃，就像作者所说，‘这就是为什么地球上不存在天然的生物玻璃’。我很难相信这会是这条规则的唯一例外。”

专家们对最近这一发现的诸多方面都表示怀疑，包括大脑的微观结构如何能在这个过程中幸存下来，以及这种物质起初是否真的是大脑。

“就我个人而言，我觉得他们的说法相当可疑，”宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State University)的材料科学家约翰·毛罗(John Mauro)说，“生物软组织怎么能在被加热到(950华氏度以上)的情况下，还不遭受不可逆转的损伤呢？由于这种不可逆转的损伤，声称达到了完美的保存状态显然是错误的，这种损伤必然会导致微观结构发生重大变化。”

毛罗认为，如果这种物质真的达到了他们所声称的高温，那么该团队识别出的微观结构不太可能是神经元。

除了新论文中发现的微小的类似神经元的结构，2020年鉴定出的蛋白质也让其他研究人员心生疑窦。

公元79年，维苏威火山猛烈喷发，庞贝城约2万名居民以及赫库兰尼姆城的4000名市民在这场灾难中丧生，这些是其中一些遇难者的石膏铸模。 | 国家地理图片集

根据莫顿-海沃德的说法，蛋白质通常在比所谓的火山灰云温度低得多的情况下就会分解，这使得蛋白质鉴定变得几乎不可能。她进一步指出，保存下来的古代大脑通常含有1000多种蛋白质，因此仅鉴定出7种蛋白质就非常可疑。

而且，这些蛋白质在全身200多种细胞类型中都有表达，并非大脑所特有。

但这项新研究的作者依然对他们独一无二的发现信心满满。“这种物质在成分上毫无疑问是源自有机物的，”焦尔达诺说，“如果不是大脑，那还有什么有机组织会填充在一个人的头骨里呢？”

在庞贝城的古罗马广场，背景中可以看到维苏威火山。为了生动细致地重现过去，科学家们从遗物和遗迹中寻找线索，但重大的、独一无二的论断需要充分且透明的证据。 | 国家地理图片集

证据与推断的博弈

这个案例生动地展现了惊人主张与支持这些主张所需证据之间的紧张关系。当下，考古学家们正努力推动其领域将数据共享变为常态。

“我对这篇论文以及之前的那篇论文和更之前的那篇论文(所有这些都基于那篇论文)的不满之处在于，他们从未公布过原始数据，”莫顿-海沃德说。她最渴望看到的，是能让该团队得出这种物质实际上是脑组织这一结论的蛋白质分析。

关于该团队如何提取样本进行分析，以及他们如何鉴定蛋白质的细节，将有助于莫顿 - 海沃德和其他科学家判断这些结论是否合理，或者是否有其他方法可能更准确。

剑桥大学(University of Cambridge)的生物分子考古学家马修·柯林斯(Matthew Collins)将其与古代DNA研究中吸取的教训进行类比。由于可供分析的数据极为稀少，“我们意识到，除非公布所有的原始数据，否则整个研究群体就难以取得进展。”研究古代蛋白质的研究人员也面临着类似的挑战。

一群名为PAASTA(古蛋白质组学与考古学、技术与进展协会，Palaeoproteomics And Archaeology, Society for Techniques and Advances)的青年研究人员认为，古代的蛋白质组很复杂，而且常常受到污染，所以在考古研究中，共享蛋白质分析的原始数据尤为重要。

如果无法获取原始数据，更广泛的科学界就无法独立验证这些发现，也无法提出其他解释。考古学特别容易受到有争议发现的影响。

“我确实理解那种想要最大限度地从(考古遗迹)中获取信息的动力。但同样地，我认为我们在做出推断时必须极其谨慎，”莫顿-海沃德说。

这种玻璃状物质是否真的代表了一个玻璃化的大脑，至今仍然争议不断。但有一点十分明确：非同寻常的主张，需要非同寻常的证据来支撑。

撰文：Nora Bradford

编译：Arvin

校对：钱思琦

版式设计：钱思琦

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来源：国家地理中文网