X-žarki razkrivajo najbolj staro kost fosilnih zapisov

Pred več kot 400 milijoni let je v svetovnih oceanih plavala nenavadna, brezbih riba. Ta riba je imela prožen skelet - čuden, kostno-podoben material, ki ni bil podoben današnji kosti - ki je kljuboval kategorizaciji, saj je njen prvotni lastnik umrl pred milijoni let. V torek, študija v Narava Ekologija in razvoj poroča, da smo končno ugotovili, kaj je to. To je najstarejši primer kosti v celotnem fosilnem zapisu.

Avtorji sklepajo, da se skeletni material, ki ga vidimo v tej starodavni ribi - del skupine, imenovane heterostrakani - imenuje aspidin. To gradivo, pojasnjuje avtor študije Joseph Keating, doktor znanosti, paleobiolog na Univerzi v Manchestru, je skoraj nemogoče opredeliti, ker ne spominja na nobeno od štirih tipov tkiv - kosti, hrustanca, dentina in sklenine - ki sestavljajo današnje kosti in zobe. Ko so biologi predhodno pregledali fosile aspidina pod mikroskopom, so bili zbegani, da bi našli križno razvejano strukturo.

Vrste kosti, ki jih poznamo danes, se ne križajo pod mikroskopom, zato je bilo težko ugotoviti, ali je aspidin dejansko kost. "Znanstveniki so se 160 let spraševali, ali je aspidin prehodna faza v razvoju mineraliziranih tkiv," pravi Keating. Toda podrobni rentgenski posnetki fosilov heterostracana so pokazali, da so verjetno predstavljali zelo pomembno stopnjo razvoja kosti: prvo.

Pomembna sestavina kosti je »organska matrica« beljakovin, kot je kolagen, ki se združijo in oblikujejo oder, na katerega se lahko prilepijo minerali, ki sicer trdno obračajo sicer gobasto tkivo. Pomembno je, da je v kosteh, na katere smo navajeni, ta matrika običajno strukturirana v ceveh, ki so linearno, ki naj bi bila potrebna za mineralizacijo kosti.

Zaradi navidezno križane strukture aspidina so raziskovalci predhodno sklenili, da ne morejo imeti teh mineralnih komponent matriksa. Z drugimi besedami, čeprav je izgledala kot kost, je verjetno ne - verjetno samo evolucijski predhodnik mineralizirane kosti.

Keating se je kljub temu odločil še bolj pogledati aspidin. Več kot 100 ur je pregledal fosilne ostanke heterostrakanskih skeletov, pri čemer je uporabil tehniko, imenovano sinhrotronska tomografija, ki uporablja tako močan rentgenski žarek, da potrebuje pospeševalnik delcev. Keating je našel svoj pospeševalnik delcev na inštitutu Paul Scherrer v Švici, kjer je s temi visokokakovostnimi slikami zgradil tridimenzionalni model teh okostij aspidina.

Ker je Keating bolj kot kdajkoli prej gledal, je ugotovil, da je križanje, ki je bilo v preteklosti tako zmedeno, izginilo. "Ugotovil sem, da so te cevi strogo linearne, brez kakršne koli razvejanosti," je zapisal v blogu Narava. "Zgleda, da so slike iz prejšnjih študij rezultat dvodimenzionalnega razdeljevanja skozi zapletene in prekrivajoče se cevi, ki dajejo videz razvejanosti."

3D-model je pokazal, da so cevi dejansko linearne, vendar so se pojavljale zložene ena na drugo v naključnih križanih smereh. Desetletja je ugotovil, da so raziskovalci, ko so gledali cevi na dvodimenzionalnih rentgenskih žarkih, izgledali kot izravnani, tako da so tvorili vejni vzorec, ki ne kaže na njihovo resnično strukturo. Pomembno je, da avtorji poudarjajo, da te epruvete hišni kolagen, beljakovinski oder, ki prispeva k mineralizaciji.

»Pokazali smo, da imajo prostori linearno morfologijo,« pišejo avtorji. »Namesto tega ti prostori predstavljajo lastne svežnje kolagenskih vlaken, ki tvorijo oder, o katerem je bil deponiran mineral. Aspidin je torej celična dermalna kost. “

Ta drobna diferenciacija ima osupljive posledice, ko gre za ugotovitev, kdaj so se razvili mineralizirani okostja, kot tisti, ki jih vidimo pri ljudeh. S samo dokazovanjem, da imajo te ribe mineralizirane okostja, je ta ekipa določila ta datum nekaj milijonov let:

"Te ugotovitve spreminjajo naš pogled na razvoj skeleta," zaključuje Ph.D. Donoghue, doktorat, soavtor in paleobiolog z Univerze v Bristolu. "Pokazali smo, da je to dejansko vrsta kosti in da so se vsa ta tkiva razvila milijone let prej."