Рентгеновские снимки показывают самую древнюю кость окаменелости

Более 400 миллионов лет назад странная рыба без челюстей плавала в океанах мира. У этой рыбы был гибкий скелет - странный, похожий на кость материал, который не был похож на современную кость - который не поддается классификации с тех пор, как его первоначальный владелец умер миллионами лет назад. Во вторник, исследование в Природа Экология и Эволюция сообщает, что мы наконец выяснили, что это такое. Это самый древний пример кости во всей летописи окаменелостей.

Авторы приходят к выводу, что скелетный материал, который можно увидеть у этой древней рыбы - часть группы под названием гетеростраканы - называется аспидином. Этот материал, объясняет автор исследования Джозеф Китинг, доктор философии, палеобиолог из Манчестерского университета, практически невозможно охарактеризовать, поскольку он не похож ни на один из четырех типов тканей - кости, хряща, дентина и эмали - которые составляют современные кости и зубы. Когда биологи ранее исследовали окаменелости аспидина под микроскопом, они были озадачены, обнаружив перекрещенную ветвящуюся структуру.

Типы костей, которые мы знаем сегодня, не пересекаются под микроскопом, поэтому было трудно определить, действительно ли аспидин был костью. «В течение 160 лет ученые задавались вопросом, является ли аспидин переходной стадией в эволюции минерализованных тканей», - говорит Китинг. Но детальные рентгеновские снимки его гетеростракановых окаменелостей показали, что они, вероятно, представляют очень важный этап эволюции кости: самый первый.

Основным компонентом кости является «органический матрикс» белков, таких как коллаген, которые собираются вместе, образуя каркас, к которому могут присоединяться минералы, превращая твердую губчатую ткань. Важно отметить, что в костях, к которым мы привыкли, эта матрица обычно состоит из труб, которые линейный, что считается необходимым для минерализации кости.

Из-за кажущейся перекрещенной структуры аспидина исследователи ранее пришли к выводу, что в нем не может быть этих минеральных компонентов матрицы. Другими словами, хотя это было очень похоже на кость, вероятно, это было не так - скорее всего, просто эволюционный предшественник минерализованной кости.

Китинг, тем не менее, решил еще ближе взглянуть на аспидин. Он провел более 100 часов, сканируя ископаемые остатки гетеростракановых скелетов, используя технику, называемую синхротронной томографией, которая использует такой мощный рентгеновский метод, что для работы требуется ускоритель частиц. Китинг нашел свой ускоритель частиц в Институте Пола Шеррера в Швейцарии, где он использовал эти высококачественные рентгеновские лучи для построения трехмерной модели этих скелетов аспидина.

Посмотрев более внимательно, чем когда-либо прежде, Китинг обнаружил, что перекрёстный переход, который был настолько запутанным в прошлом, исчез. «Я обнаружил, что эти трубки были строго линейными, без какого-либо разветвления», - написал он в своем блоге. Природа, «Изображения из предыдущих исследований, по-видимому, являются результатом двухмерного сечения через запутанные и перекрывающиеся трубы, создавая видимость разветвления».

Трехмерная модель показала, что трубки на самом деле были линейными, но казались сложенными друг на друга в случайных перекрещенных направлениях. В течение десятилетий он осознавал, что когда исследователи смотрят на трубки на двухмерных рентгеновских снимках, они выглядят расплющенными, образуя ветвящийся узор, который не указывает на их истинную структуру. Важно отметить, что в этих пробирках содержится коллаген, белок каркаса, который способствует минерализации.

«Мы показываем, что пространства имеют линейную морфологию», - пишут авторы. «Вместо этого эти пространства представляют собой собственные пучки коллагеновых волокон, которые образуют каркас, вокруг которого осаждается минерал. Таким образом, аспидин является бесклеточной дермальной костью ».

Эта крошечная дифференциация имеет ошеломляющие последствия, когда дело доходит до выяснения, когда минерализованные скелеты, подобные тем, которые наблюдались у людей, впервые появились. Просто показав, что у этих рыб были минерализованные скелеты, эта команда установила эту дату на несколько миллионов лет:

«Эти результаты меняют наш взгляд на эволюцию скелета», - заключает Фил Донохью, доктор философии, соавтор и палеобиолог из Бристольского университета. «Мы показываем, что на самом деле это тип кости, и что все эти ткани должны были развиться миллионы лет назад».