公元79年維蘇威火山噴發期間，被有毒煙霧奪去生命的遇難者的石膏屍骸鑄模。那次著名的火山噴發將龐貝古城和赫庫蘭尼姆城掩埋，人們在一具頭骨內發現了類似玻璃的殘留物。| 國家地理圖片集
在義大利西海岸，古羅馬城市赫庫蘭尼姆(Herculaneum)的廢墟靜靜訴說著往昔的故事。公元79年，維蘇威火山(Mount Vesuvius)的災難性噴發無情地將這座城市掩埋於地下。
就在這片古老的遺蹟中，研究人員收穫了一個驚人發現——一顆人類大腦竟變成了玻璃狀。這可是有記錄以來，首個大腦以如此震撼狀態自然儲存下來的例項。
遺骸發現於赫庫蘭尼姆的奧古斯都社團(Collegium Augustalium)內一張燒焦的床上，在一具看似男性受害者的頭骨之中。研究人員描述，其被儲存為一種“類似黑曜石”的物質，呈現出烏黑且富有光澤的外觀。
然而，當這具古代受害者的遺骸重見天日時，火山噴發究竟如何引發了這前所未有的轉變，依舊是個未解之謎。
如今，發現這種“玻璃”的同一批科學家在《科學報告》(Scientific Reports)上發表了一項研究成果。研究稱，在一陣火山灰和火山岩的雪崩將古城掩埋之前，一股極熱的火山灰雲曾席捲過赫庫蘭尼姆。
研究作者推測，那股火山灰雲創造出了理論上能夠透過一種名為玻璃化(vitrification)的過程，將大腦變成玻璃的條件。但這一切，是否美好得令人難以置信呢？
其他專家對此存疑，他們質疑這種玻璃形成的過程是否可能，甚至對該團隊最初發現的物質是否真的是大腦也表示懷疑。圍繞這些發現的批評，凸顯出重建古代歷史這項任務的艱鉅性。
一張特寫照片，展示的是在維蘇威火山遇難者之一的頭骨內發現的一塊已玻璃化的人類大腦殘骸。| 國家地理圖片集
一張由掃描電子微探針(SEM)拍攝的影像顯示了科學家所稱的一塊已玻璃化(變成玻璃狀)的大腦碎片。| 國家地理圖片集
一篇新發表論文的研究作者稱，這張顯微影像展示了一塊帶有脊髓神經結構的大腦碎片。 | 國家地理圖片集
重返火山爆發現場
在2020年的論文中，研究廢墟的團隊找到了七種蛋白質存在的證據，這似乎表明這些玻璃狀遺骸曾經是腦組織。
而在新論文中，他們記錄了一種先進的顯微鏡技術，如何在這種玻璃狀物質裡發現了類似於神經元的微小結構。這些顯微影像，似乎進一步支援了該物質起源於腦組織的觀點。
“能看到古代大腦的微觀神經結構被儲存下來，實在太神奇了，”義大利羅馬第三大學(Università Roma Tre)的火山學家亞歷山德拉·彭薩(Alessandra Pensa)感嘆道，“我們都不敢相信，如此精細的結構竟能以‘玻璃形態’留存。”該團隊有理由感到難以置信。
從理論上講，要達到這種狀態，組織必須先暴露在極高溫度下，隨後迅速冷卻。赫庫蘭尼姆的火山流溫度不夠高，冷卻速度也不夠快，不足以使腦組織玻璃化。
畢竟，只有當給定材料中的液體冷卻得足夠迅速，在變硬時跳過結晶過程，玻璃才能夠形成。不過，這項新研究認為，一股短暫存在的火山灰雲或許起到了關鍵作用。
透過對在赫庫蘭尼姆採集的玻璃樣本部分進行快速加熱和冷卻實驗，該團隊發現，當溫度達到大約950華氏度(約510攝氏度)時，樣本開始軟化。這意味著火山灰雲的溫度至少達到了這個度數。
從理論上來說，在火山灰雲消散，周圍空氣迅速冷卻回正常溫度(約69.8華氏度，約21攝氏度)後，玻璃就會變硬。
“我們發現了人類大腦玻璃化及其儲存的獨特條件，”義大利羅馬第三大學的火山學家圭多·焦爾達諾(Guido Giordano)解釋道，“這一獨特發現，意味著背後有著獨特的過程。”
一張維蘇威火山的鳥瞰圖展現出它那巨大的火山口。公元79年這座火山的大規模噴發摧毀了赫庫蘭尼姆城和龐貝古城。 | 國家地理圖片集
質疑聲此起彼伏
“我認為這個團隊在解釋為什麼軟組織的玻璃化極不可能方面，確實做得不錯，”牛津大學(University of Oxford)的法醫人類學家亞歷山德拉·莫頓-海沃德(Alexandra Morton – Hayward)表示，“生物軟組織在環境溫度下無法自然形成穩定的玻璃，就像作者所說，‘這就是為什麼地球上不存在天然的生物玻璃’。我很難相信這會是這條規則的唯一例外。”
專家們對最近這一發現的諸多方面都表示懷疑，包括大腦的微觀結構如何能在這個過程中倖存下來，以及這種物質起初是否真的是大腦。
“就我個人而言，我覺得他們的說法相當可疑，”賓夕法尼亞州立大學(Pennsylvania State University)的材料科學家約翰·毛羅(John Mauro)說，“生物軟組織怎麼能在被加熱到(950華氏度以上)的情況下，還不遭受不可逆轉的損傷呢？由於這種不可逆轉的損傷，聲稱達到了完美的儲存狀態顯然是錯誤的，這種損傷必然會導致微觀結構發生重大變化。”
毛羅認為，如果這種物質真的達到了他們所聲稱的高溫，那麼該團隊識別出的微觀結構不太可能是神經元。
除了新論文中發現的微小的類似神經元的結構，2020年鑑定出的蛋白質也讓其他研究人員心生疑竇。
公元79年，維蘇威火山猛烈噴發，龐貝城約2萬名居民以及赫庫蘭尼姆城的4000名市民在這場災難中喪生，這些是其中一些遇難者的石膏鑄模。 | 國家地理圖片集
根據莫頓-海沃德的說法，蛋白質通常在比所謂的火山灰雲溫度低得多的情況下就會分解，這使得蛋白質鑑定變得幾乎不可能。她進一步指出，儲存下來的古代大腦通常含有1000多種蛋白質，因此僅鑑定出7種蛋白質就非常可疑。
而且，這些蛋白質在全身200多種細胞型別中都有表達，並非大腦所特有。
但這項新研究的作者依然對他們獨一無二的發現信心滿滿。“這種物質在成分上毫無疑問是源自有機物的，”焦爾達諾說，“如果不是大腦，那還有什麼有機組織會填充在一個人的頭骨裡呢？”
在龐貝城的古羅馬廣場，背景中可以看到維蘇威火山。為了生動細緻地重現過去，科學家們從遺物和遺蹟中尋找線索，但重大的、獨一無二的論斷需要充分且透明的證據。 | 國家地理圖片集
證據與推斷的博弈
這個案例生動地展現了驚人主張與支援這些主張所需證據之間的緊張關係。當下，考古學家們正努力推動其領域將資料共享變為常態。
“我對這篇論文以及之前的那篇論文和更之前的那篇論文(所有這些都基於那篇論文)的不滿之處在於，他們從未公佈過原始資料，”莫頓-海沃德說。她最渴望看到的，是能讓該團隊得出這種物質實際上是腦組織這一結論的蛋白質分析。
關於該團隊如何提取樣本進行分析，以及他們如何鑑定蛋白質的細節，將有助於莫頓 – 海沃德和其他科學家判斷這些結論是否合理，或者是否有其他方法可能更準確。
劍橋大學(University of Cambridge)的生物分子考古學家馬修·柯林斯(Matthew Collins)將其與古代DNA研究中吸取的教訓進行類比。由於可供分析的資料極為稀少，“我們意識到，除非公佈所有的原始資料，否則整個研究群體就難以取得進展。”研究古代蛋白質的研究人員也面臨著類似的挑戰。
一群名為PAASTA(古蛋白質組學與考古學、技術與進展協會，Palaeoproteomics And Archaeology, Society for Techniques and Advances)的青年研究人員認為，古代的蛋白質組很複雜，而且常常受到汙染，所以在考古研究中，共享蛋白質分析的原始資料尤為重要。
如果無法獲取原始資料，更廣泛的科學界就無法獨立驗證這些發現，也無法提出其他解釋。考古學特別容易受到有爭議發現的影響。
“我確實理解那種想要最大限度地從(考古遺蹟)中獲取資訊的動力。但同樣地，我認為我們在做出推斷時必須極其謹慎，”莫頓-海沃德說。
這種玻璃狀物質是否真的代表了一個玻璃化的大腦，至今仍然爭議不斷。但有一點十分明確：非同尋常的主張，需要非同尋常的證據來支撐。
撰文：Nora Bradford
編譯：Arvin
校對：錢思琦
版式設計：錢思琦
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