Promienie X pojawiają się, aby odsłonić najbardziej starożytną kość rekordu skamieniałości

Ponad 400 milionów lat temu w oceanach świata pływała dziwna, pozbawiona szczęki ryba. Ryba ta miała elastyczny szkielet - dziwny, podobny do kości materiał, który nie był podobny do dzisiejszej kości - który przeciwstawił się kategoryzacji, ponieważ jej pierwotny właściciel umarł miliony lat temu. We wtorek badanie w Ekologia przyrody i ewolucja donosi, że w końcu odkryliśmy, co to jest. To najstarszy przykład kości w całym zapisie kopalnym.

Materiał szkieletowy obserwowany w tej starożytnej rybie - części grupy zwanej heterostracanami - nazywa się aspidyną, podsumowują autorzy. Materiał ten, wyjaśnia autor badań, Joseph Keating, Ph.D., paleobiolog z Uniwersytetu w Manchesterze, jest prawie niemożliwy do scharakteryzowania, ponieważ nie przypomina żadnego z czterech typów tkanek - kości, chrząstki, zębiny i szkliwa - które tworzą współczesne kości i zęby. Kiedy biolodzy wcześniej badali skamieniałości aspidyny pod mikroskopem, byli zakłopotani, gdy znaleźli skrzyżowaną strukturę rozgałęzień.

Rodzaje kości, które znamy dzisiaj, nie krzyżują się pod mikroskopem, więc trudno było ustalić, czy aspidyna była w rzeczywistości kością. „Przez 160 lat naukowcy zastanawiali się, czy aspidyna jest etapem przejściowym w ewolucji zmineralizowanych tkanek”, mówi Keating. Jednak szczegółowe zdjęcia rentgenowskie skamieniałości heterostracanu jego zespołu wykazały, że prawdopodobnie stanowiły one bardzo ważny etap ewolucji kości: pierwszy.

Głównym składnikiem kości jest „organiczna matryca” białek, takich jak kolagen, które tworzą razem rusztowanie, do którego minerały mogą się przyczepić, zamieniając w ten sposób gąbczastą tkankę. Co najważniejsze, w kościach, do których jesteśmy przyzwyczajeni, ta matryca ma zwykle strukturę rur liniowy, co uważane jest za konieczne do mineralizacji kości.

Ze względu na pozornie skrzyżowaną strukturę aspidyny naukowcy doszli do wniosku, że nie może mieć tych mineralnych składników macierzy. Innymi słowy, chociaż wyglądało to bardzo podobnie do kości, prawdopodobnie nie było - prawdopodobnie tylko ewolucyjnym poprzednikiem zmineralizowanej kości.

Keating postanowił jednak przyjrzeć się bliżej aspidynie. Spędził ponad 100 godzin skanując skamieniałe szczątki szkieletów heterostracanu, wykorzystując technikę zwaną tomografią synchrotronową, która wykorzystuje tak potężne promieniowanie rentgenowskie, że do działania wymaga akceleratora cząstek. Keating znalazł akcelerator cząstek w Instytucie Paula Scherrera w Szwajcarii, gdzie użył tych wysokiej jakości xraysów do skonstruowania trójwymiarowego modelu tych szkieletów aspidyny.

Przyglądając się bliżej niż kiedykolwiek wcześniej, Keating odkrył, że przemijanie, które było tak mylące w przeszłości, zniknęło. „Odkryłem, że te lampy były ściśle liniowe, pozbawione jakiegokolwiek rozgałęzienia”, napisał w blogu w Natura. „Obrazy z poprzednich badań wydają się być wynikiem dwuwymiarowego cięcia przez splątane i zachodzące na siebie rury, dając wrażenie rozgałęzienia”.

Model 3D ujawnił, że lampy rzeczywiście były liniowe, ale wydawały się ułożone jeden na drugim w przypadkowych krzyżujących się kierunkach. Zdał sobie sprawę, że przez dziesięciolecia badacze patrzyli na lampy na dwuwymiarowych promieniach rentgenowskich, wydawało się, że są spłaszczone, tworząc wzór rozgałęzienia, który nie wskazywał na ich prawdziwą strukturę. Co istotne, autorzy podkreślają, że te probówki zawierają kolagen, białko rusztowania, które przyczynia się do mineralizacji.

„Pokazujemy, że przestrzenie wykazują morfologię liniową” - piszą autorzy. „Zamiast tego, te przestrzenie reprezentują wewnętrzne wiązki włókien kolagenowych, które tworzą rusztowanie, na którym osadzono minerał. Aspidin jest więc bezkomórkową kością skórną. ”

To niewielkie zróżnicowanie ma zdumiewające konsekwencje, jeśli chodzi o ustalenie, kiedy zmineralizowane szkielety, jak te obserwowane u ludzi, po raz pierwszy ewoluowały. Po prostu pokazując, że te ryby miały zmineralizowane szkielety, zespół ten ustalił datę sprzed kilku milionów lat:

„Te odkrycia zmieniają nasze spojrzenie na ewolucję szkieletu” - podsumowuje Phil Donoghue, Ph.D., współautor i paleobiolog z University of Bristol. „Pokazujemy, że w rzeczywistości jest to rodzaj kości i że wszystkie te tkanki musiały wyewoluować miliony lat wcześniej”.