X-stråler synes at afsløre den fossile postens mest gamle ben

For over 400 millioner år siden svømmede en mærkelig, jawless fisk i verdens oceaner. Denne fisk havde et fleksibelt skelet - et underligt, knoglelignende materiale, der ikke var som nutidens knogle - der har tæmmet kategorisering siden dets oprindelige ejer døde for millioner af år siden. På tirsdag en undersøgelse i Naturøkologi og Evolution rapporterer, at vi endelig har fundet ud af hvad det er. Det er det ældste eksempel på knogler i hele fossilpladen.

Det skeletmateriale, der ses i denne gamle fisk - en del af en gruppe kaldet heterostracans - hedder aspidin, forfatterne konkluderer. Dette materiale, forklarer studieforfatter Joseph Keating, Ph.D., en paleobiolog ved University of Manchester, har næsten været umulig at karakterisere, fordi den ikke ligner nogen af ​​de fire vævstyper - knogle, brusk, dentin og emalje - der udgør nutidige knogler og tænder. Da biologer tidligere undersøgte aspidin fossiler under et mikroskop, var de forvirrede for at finde en krydset forgreningsstruktur.

De typer af knogler, vi kender i dag, krydses ikke under et mikroskop, så det har været svært at finde ud af om aspidin faktisk var knogle. "I 160 år har forskerne spekuleret på, om aspidin er en overgangsfase i udviklingen af ​​mineraliserede væv," siger Keating. Men hans holds detaljerede røntgenstråler af de heterostracanske fossiler viste tegn på, at de sandsynligvis repræsenterede et meget vigtigt stadium af knoglevolution: den allerførste.

En væsentlig bestanddel af knogle er en "organisk matrix" af proteiner som kollagen, som kommer sammen til dannelse af en stillads, som mineraler kan binde sig til, og gør det ellers svampede væv hårdt. Vigtigt, i knoglerne er vi vant til, denne matrix er normalt struktureret i rør, der er lineær, som anses for at være nødvendig for at ben kan mineralisere.

På grund af aspidins tilsyneladende krydsede struktur konkluderede forskere tidligere, at det ikke kunne have disse mineralkomponenter i matricen. Med andre ord, selv om det så meget ud som knogle, var det sandsynligvis ikke sandsynligvis bare den udviklede forgænger af mineraliseret knogle.

Keating besluttede dog at se endnu nærmere på aspidin. Han brugte mere end 100 timer på at scanne de fossile rester af heterostracanske skeletter ved hjælp af en teknik kaldet synkrotrontomografi, der bruger en type røntgenstråle så kraftfuld, at det kræver en partikelaccelerator at arbejde. Keating fandt sin partikelaccelerator hos Paul Scherrer Institut i Schweiz, hvor han brugte disse højkvalitets xrays til at konstruere en tredimensionel model af disse aspidinskeletter.

Ser nærmere end nogensinde før, fandt Keating, at den krydsning, der var så forvirrende i fortiden, var forsvundet. "Jeg fandt ud af, at disse rør var strengt lineære, manglede nogen form for forgrening," skrev han i et blogindlæg i Natur. "Billederne fra tidligere undersøgelser synes at være et resultat af 2-dimensionel snitning gennem sammenflettede og overlappende rør, hvilket giver udseende af forgrening."

3D-modellen viste, at rørene rent faktisk var lineære, men optrådte stablet oven på hinanden i tilfældige krydsede retninger. I årtier indså han, at forskerne så på rørene på todimensionale røntgenstråler, de syntes at være udfladte og dannede et forgreningsmønster, der ikke var tegn på deres sande struktur. Vigtigt, forfatterne påpege, at disse rør hus kollagen, stilladsproteinet, der bidrager til mineralisering.

"Vi viser, at rummene udviser en lineær morfologi," forfatterne skriver. "I stedet repræsenterer disse rum indre kollagenfiberbundter, der danner et stillads om hvilket mineral der er deponeret. Aspidin er således acellulær dermal knogle."

Denne lille differentiering har svimlende konsekvenser, når det kommer til at finde ud af, hvornår mineraliserede skeletter, som dem, der ses hos mennesker, først udviklede sig. Ved blot at vise at disse fisk havde mineraliserede skeletter, har dette hold sat datoen tilbage et par millioner år:

"Disse resultater ændrer vores syn på skelets udvikling," konkluderer Phil Donoghue, Ph.D., medforfatter og paleobiolog fra University of Bristol. "Vi viser, at det faktisk er en type ben, og at alle disse væv skal have udviklet sig millioner af år tidligere."