化石可以追溯到寒武纪。
科学家们在寒武纪时期的蠕虫状生物的化石胚胎中发现了一些意想不到的东西：原始动物头部中一个微小的甜甜圈状大脑的残骸。
大约 5 亿年前的化石是海洋物种 Markuelia hunanensis 的一个例子，它是阴茎蠕虫 (priapulids) 和泥龙 (Kinorhyncha) 的远亲。 迄今为止，科学家们还没有发现成年形态的蠕虫状怪人的化石，但研究人员已经发现了数百个原始胚胎，这些胚胎捕捉了动物早期发育的不同阶段。 这些胚胎中的每一个都只有大约半毫米（0.02 英寸）宽。
“关于 Markuelia 的问题是，它看起来像一个迷你成人 – 它实际上看起来像一个微型阴茎蠕虫，”这让科学家们了解成熟的 M. hunanensis 可能是什么样子，Philip Donoghue，古生物学教授。 英国布里斯托大学说。
多诺霍和他的合作者、北京大学地球与空间科学学院教授董西平多年来检查了许多这样的胚胎，但这是他们第一次发现脑组织保存完好的胚胎 隐藏在里面。 他们在 10 月 4 日的《皇家学会开放科学》杂志上报告了他们的发现。
从历史上看，科学家发现脑组织化石的报道一直存在争议，因为以前曾报道过，神经组织不能化石化。然而，在这种情况下，证据看起来令人信服，图森亚利桑那大学神经科学系的董事教授尼古拉斯·施特劳斯菲尔德说，他没有参与这项研究。
“在我看来，不可避免的是，一种不是肌肉的组织——也不是肠道，那它可能是什么？”施特劳斯菲尔德说。他说：“我会说它们是神经元，”具体来说，脑细胞围绕着曾经是动物肠道的东西排列成一圈。
这个特殊的胚胎是从中国湖南西部的一个名为王村拉格斯塔特的化石矿床中收集的。在那里，极小的化石被包裹在一大块石灰岩中。回到北京大学的实验室，董和他的同事们仔细地用酸溶解了这块石灰岩，然后手动分拣残留物中的微化石。
“你可以想象这些[胚胎]中的每一个都可能重达几分之一克，但他实际上正在溶解成吨，公吨的岩石，”多诺霍谈到董多年来寻找这些胚胎的努力时说。 “这超出了‘大海捞针’的范畴，”他说。
一旦从石灰岩中解放出来，胚胎就会被运送到瑞士维利根的保罗谢勒研究所，该研究所装有一个直径约 1,300 英尺（400 米）的粒子加速器。 Donoghue 说，通过以大约光速投掷电子，该机器产生可用于各种实验的辐射。在这种情况下，该团队使用加速器产生的高能 X 射线来拍摄他们微小的 M. hunanensis 胚胎的快照。
“样本在光束内旋转了 180 度，它需要 1,501 次 X 射线，”多诺霍说。然后可以将这些单独的 X 射线组装成详细的 3D 模型，使团队能够窥视每个胚胎的内部，而无需将其物理粉碎。
“通常情况下，我们不会保存有机体的原始解剖结构；我们只会得到角质层，”多诺霍谈到 X 射线胚胎时说，这意味着动物坚韧的外壳。此外，科学家们经常在每个胚胎的内部看到交叉影线的矿化细线。这些线条被认为是在动物石化之前在动物身上生长的微生物的证据。
与团队通常观察到的情况相比，含有神经组织痕迹的胚胎看起来截然不同。那个胚胎的头部有一个清晰、有组织的结构，研究小组将其解释为动物的环状大脑。更重要的是，这块化石的尾巴带有另一个独特的结构，研究小组认为这是肌肉的残余。
“在这个标本中，无论是头部还是尾部，我们都有这种完全不同的、结构化的、有组织的矿化结构，这与我们在任何其他标本中看到的都非常不同，”多诺霍说。 “这就是为什么我们将它解释为原始有机体固有的生物结构，然后我们的工作就是弄清楚它在地球上是什么。”
Strausfeld 说，根据已知的湖南分枝杆菌与阴茎蠕虫和泥龙等动物的关系，科学家们可以合理地预期它的大脑是环形的，因此作者对化石的解释是有道理的。研究作者在他们的报告中指出：“抛开[大脑]化石化的可能性不谈，如果它表现出不同的形态，那将是令人惊讶的。”
作者补充说，值得注意的是，这是首次在所谓的 Orsten 式化石中发现神经组织化石。这些化石的长度通常小于 0.08 英寸（2 毫米），被发现锁定在石灰岩的结核中，并通过矿化过程保存下来，其中动物的组织被磷酸钙取代。这个过程产生了一个微小但非常详细的 3D 化石，通常只保留动物的角质层，而不是其内部器官。
“关于我们的论文最有趣的事情可能是它告诉我们未来发现的潜力，”多诺霍说。 “没有人预见到你可以在磷酸钙中保存大脑或神经组织，也许这只是回到博物馆抽屉里寻找它的问题。”