X-Rays parādās, lai atklātu fosilā ieraksta visvairāk seno kaulu

Pirms vairāk nekā 400 miljoniem gadu, pasaules okeānos peldējās dīvaini, žokli. Šīm zivīm bija elastīgs skelets - dīvaini, kaulu līdzīgs materiāls, kas nebija līdzīgs mūsdienīgam kaulam - tas ir apgrūtinājis klasifikāciju, jo tā sākotnējais īpašnieks nomira pirms miljoniem gadu. Otrdien notika pētījums Dabas ekoloģija un evolūcija ziņojumi, ka mēs beidzot esam sapratuši, kas tas ir. Tas ir vissenākais kaulu piemērs visā fosilajā ierakstā.

Šajā senajā zivī redzamā skeleta materiāla daļa - daļa no grupas, ko sauc par heterostracāniem, tiek saukta par aspidīnu. Šis materiāls, skaidro pētījuma autors Džozefs Keating, Mančesteras Universitātes paleobiologs, ir gandrīz neiespējami raksturot, jo tas nav līdzīgs nevienam no četriem audu veidiem - kauliem, skrimšļiem, dentīniem un emaljam. kas veido mūsdienu kaulus un zobus. Kad biologi iepriekš pētīja aspidīna fosilijas zem mikroskopa, viņi bija apgrūtināti, lai atrastu krustotu sazarotu struktūru.

Mūsdienās pazīstamie kaulu veidi nesaskaras ar mikroskopu, tāpēc ir grūti saprast, vai aspidīns faktiski bija kauls. „160 gadus zinātnieki prātoju, vai aspidīns ir pārejas posms mineralizēto audu attīstībā,” saka Keating. Taču viņa komandas detalizētais heterostracāna fosilijas rentgenstars parādīja pierādījumus, ka viņi, iespējams, pārstāvēja ļoti svarīgu kaulu evolūcijas posmu - pašu pirmo.

Galvenais kaulu komponents ir olbaltumvielu, piemēram, kolagēna, “organiskā matrica”, kas apvienojas, lai veidotu sastatnes, kuras var piesaistīt minerālvielām, pārvēršot citādi putojošu audu. Būtiski, ka kaulos, ar kuriem mēs esam pieraduši, šī matrica parasti ir strukturēta caurulēs, kas ir lineāra, kas tiek uzskatīts par nepieciešamu kaulu mineralizācijai.

Pateicoties aspidīna šķietami šķērsotajai struktūrai, pētnieki iepriekš secināja, ka nevarētu būt matricas minētie minerālie komponenti. Citiem vārdiem sakot, lai gan tas izskatījās ļoti līdzīgs kaulam, tas, iespējams, nebija tikai mineralizētā kaula evolūcijas priekštecis.

Keating tomēr nolēma pievērsties vēl tuvāk aspidīnam. Viņš pavadīja vairāk nekā 100 stundas skenējot heterostracāna skeletu fosilos paliekas, izmantojot metodi, ko sauc par sinhrotronu tomogrāfiju, kas izmanto tik spēcīgu rentgena veidu, lai darbotos daļiņu paātrinātājs. Keatings atklāja savu daļiņu paātrinātāju Paul Scherrer institūtā Šveicē, kur viņš izmantoja šos augstas kvalitātes xrays, lai izveidotu šo aspidīna skeletu trīsdimensiju modeli.

Ciešāk nekā jebkad agrāk, Keating konstatēja, ka krustošanās, kas pagātnē bija tik mulsinoša, ir pazudusi. "Es atklāju, ka šīs caurules bija stingri lineāras, tām nebija nekādu zaru," viņš rakstīja blogā Daba. “Iepriekšējo pētījumu attēli, šķiet, ir divdimensiju šķērsgriezuma caur caurulēm un pārklājošām caurulēm rezultāts.

3D modelis atklāja, ka caurules faktiski bija lineāras, bet parādījās sakrautās virspusēs nejaušās krustošanās virzienos. Jau vairākus gadu desmitus viņš saprata, kad pētnieki aplūkoja caurules divdimensiju rentgena staros, tie izrādījās saplacināti, veidojot zarojošu rakstu, kas nenorāda uz to patieso struktūru. Būtiski, ka autori norāda, ka šajās caurulēs ir kolagēns - sastatņu proteīns, kas veicina mineralizāciju.

„Mēs parādām, ka telpās ir lineāra morfoloģija,” raksta autori. „Tā vietā šīs telpas pārstāv iekšējos kolagēna šķiedru saišķus, kas veido sastatnes, par kurām atradās minerāls. Aspidīns tādējādi ir acsveida ādas kauls.

Šai mazajai diferenciācijai ir pārsteidzošas sekas, kad runa ir par to, kad mineralizēti skeleti, tāpat kā tie, kas redzami cilvēkiem, sākās. Vienkārši parādot, ka šīm zivīm bija mineralizēti skeleti, šī komanda ir uzstādījusi dažus miljonus gadu.

"Šie atklājumi maina mūsu viedokli par skeleta attīstību," secina Fil. Donoghue, Ph.D., līdzautors un paleobologs no Bristoles Universitātes. „Mēs parādām, ka faktiski tas ir kaulu veids un ka visiem šiem audiem ir jābūt attīstījušies miljoniem gadu agrāk.”