X-stråler ser ut til å avsløre den fossile postens mest gamle ben

Over 400 millioner år siden svømte en merkelig, jawless fisk i verdenshavene. Denne fisken hadde et fleksibelt skjelett - et merkelig, benlignende materiale som ikke var som dagens bein - som har uttalt kategorisering siden den opprinnelige eieren døde for millioner av år siden. På tirsdag en studie i Naturøkologi og evolusjon rapporterer at vi endelig har funnet ut hva det er. Det er det eldste eksempel på bein i hele fossilplaten.

Skjelettmaterialet som ses i denne gamle fisken - en del av en gruppe som heter heterostracans - kalles aspidin, konkluderer forfatterne. Dette materialet, forklarer studieforfatter Joseph Keating, Ph.D., en paleobiolog ved University of Manchester, har vært nesten umulig å karakterisere fordi den ikke ligner noen av de fire vevstypene - bein, brusk, dentin og emalje - som utgjør dagens ben og tenner. Da biologer tidligere undersøkte aspidinfossilene under et mikroskop, ble de forvirret for å finne en krysset forgreningsstruktur.

De typer ben vi kjenner i dag, krysser ikke under et mikroskop, så det har vært vanskelig å finne ut om aspidin faktisk var bein. "I 160 år har forskere lurt på om aspidin er en overgangsfase i utviklingen av mineraliserte vev," sier Keating. Men hans lags detaljerte røntgenstråler av heterostrakanske fossiler viste at de sannsynligvis representerte et meget viktig stadium av beinevolusjon: den aller første.

En hovedkomponent av bein er en "organisk matrise" av proteiner som kollagen, som kommer sammen for å danne et stillas som mineraler kan feste seg til, snu det ellers spongete vevet hardt. Vesentlig, i beinene vi er vant til, er denne matrisen vanligvis strukturert i rør som er lineær, som antas å være nødvendig for at bein kan mineraliseres.

På grunn av aspidins tilsynelatende kryssede struktur, konkluderte forskere tidligere at de ikke kunne ha disse mineralske komponentene i matrisen. Med andre ord, selv om det så mye ut som bein, var det sannsynligvis ikke sannsynlig bare evolusjonær forgjenger av mineralisert bein.

Keating, skjønt, bestemte seg for å ta en enda nærmere titt på aspidin. Han tilbrakte over 100 timer med å skanne de fossile restene av heterostracanske skjeletter, ved hjelp av en teknikk som heter synkrotrontomografi, som bruker en type røntgenstråle så kraftig at det krever en partikkelakselerator til å fungere. Keating fant sin partikkel akselerator ved Paul Scherrer Institute i Sveits, hvor han brukte disse høy kvalitet xrays å konstruere en tredimensjonal modell av disse aspidin skjelettene.

Ser nærmere enn noen gang før, fant Keating at krysset som hadde vært så forvirrende i fortiden, hadde forsvunnet. "Jeg fant at disse rørene var strengt lineære, manglet noen form for forgrening," skrev han i et blogginnlegg i Natur. "Bildene fra tidligere studier synes å være et resultat av 2-dimensjonal snitting gjennom sammenflettede og overlappende rør, noe som gir utseende av forgrening."

3D-modellen viste at rørene faktisk var lineære, men dukket opp stablet ovenpå hverandre i tilfeldig kryssende retninger. I flere tiår innså han at forskerne så på rørene på todimensjonale røntgenstråler, de syntes å være flatt ut og danner et forgreningsmønster som ikke var en indikasjon på deres sanne struktur. Hovedsakelig påpeker forfatterne, disse rørene kollagen i huset, stillasproteinet som bidrar til mineralisering.

"Vi viser at romene har en lineær morfologi," skriver forfatterne. "I stedet representerer disse mellomrommene kollagen fiberbunter som danner et stillas om hvilket mineral som ble avsatt. Aspidin er således akellulært dermetall."

Denne lille forskjellen har svimlende konsekvenser når det gjelder å finne ut når mineraliserte skjeletter, som de som er sett på mennesker, utviklet seg først. Ved å bare vise at disse fiskene hadde mineraliserte skjeletter, har dette laget satt datoen tilbake noen få millioner år:

"Disse funnene forandrer vårt syn på utviklingen av skjelettet," konkluderer Phil Donoghue, Ph.D., medforfatter og paleobiolog ved University of Bristol. "Vi viser at det faktisk er en type ben, og at alle disse vevene må ha utviklet seg millioner av år tidligere."