X-Ray spinduliai atskleidžia „Fossil Record“ seniausių kaulų

Daugiau nei prieš 400 milijonų metų, pasaulio vandenynuose plaukė keista, žandikaulinga žuvis. Ši žuvis turėjo lankstų skeletą - keistą, kaulų panašią medžiagą, kuri nebuvo tokia, kaip šiandieninis kaulas - tai pažeidė kategorizavimą, nes jos pirminis savininkas mirė prieš milijonus metų. Antradienį buvo atliktas tyrimas Gamtos ekologija ir evoliucija praneša, kad pagaliau išsiaiškinome, kas tai yra. Tai pats seniausias kaulų pavyzdys visame iškastiniame įraše.

Autoriai daro išvadą, kad skulptūrinė medžiaga, matoma šioje senovinėje žuvyje - grupėje, vadinamoje heterostracanais, vadinama aspidinu. Šią medžiagą, paaiškina tyrimo autorius Joseph Keating, Mančesterio universiteto paleobiologas, beveik neįmanoma apibūdinti, nes jis nėra panašus į vieną iš keturių audinių tipų - kaulų, kremzlių, dentino ir emalio. kurie sudaro dabartinius kaulus ir dantis. Biologai, prieš tai išnagrinėję aspidino iškastines medžiagas mikroskopu, nustebino, kad rastų suskaldytą šakotąją struktūrą.

Šiandien mūsų žinomi kaulų tipai nesiskaldo mikroskopu, todėl sunku išsiaiškinti, ar aspidinas iš tikrųjų buvo kaulas. „160 metų mokslininkai stebėjosi, ar aspidinas yra mineralizuotų audinių evoliucijos pereinamasis etapas, - sako Keating. Tačiau jo komandos detalūs rentgeno spinduliai iš heterostracano fosilijų parodė, kad jie gali būti labai svarbus kaulų evoliucijos etapas: pats pirmasis.

Pagrindinis kaulų komponentas yra baltymų, tokių kaip kolagenas, „organinė matrica“, sujungianti suformuoti pastolius, prie kurių gali pritvirtinti mineralai, kitaip sukietėjusį audinį. Svarbiausia, kad kauluose, kurie yra naudojami, ši matrica paprastai yra struktūrizuota vamzdeliuose linijinis, kuris, manoma, yra būtinas, kad kaulas būtų mineralizuotas.

Dėl aspidino tariamai įveiktos struktūros mokslininkai anksčiau padarė išvadą, kad jis negali turėti tokių matricos mineralinių komponentų. Kitaip tariant, nors tai atrodė kaip kaulai, tai tikriausiai nebuvo tikėtina tik evoliucinis mineralizuoto kaulo pirmtakas.

Tačiau Keating nusprendė dar labiau pažvelgti į aspidiną. Jis praleido daugiau nei 100 valandų nuskaitydamas heterostracan skeletų iškastines liekanas, naudodamas sinchrotroninės tomografijos metodą, kuriame naudojamas toks stiprus rentgeno spindulys, kad darbui reikalingas dalelių greitintuvas. Keating atrado savo dalelių greitintuvą Paul Scherrer institute Šveicarijoje, kur naudojosi šiomis aukštos kokybės xrays, kad sukurtų šių aspidino skeletų trimatį modelį.

Žvelgiant labiau, nei kada nors anksčiau, Keating nustatė, kad praeityje toks painus kirpimas buvo išnykęs. „Radau, kad šie vamzdžiai buvo griežtai linijiniai, jiems trūksta jokių šakų“, - rašė jis dienoraštyje Gamta. „Ankstesnių tyrimų vaizdai, atrodo, yra dviejų dimensijų skerspjūvio per susipynusius ir persidengiančius vamzdžius rezultatas.

3D modelis atskleidė, kad vamzdžiai iš tiesų buvo tiesiniai, bet atsitiktinai nukrypo į vieną pusę. Jau dešimtmečius jis suprato, kad tyrėjai pažvelgė į dviejų matmenų rentgeno spindulių mėgintuvėlius ir atrodė, kad jie yra išlyginti, formuodami šakotąjį raštą, kuris neatspindėjo jų tikrosios struktūros. Svarbiausia, kad autoriai atkreipia dėmesį į tai, kad šiuose vamzdeliuose yra kolageno, pastolių baltymo, kuris prisideda prie mineralizacijos.

„Mes parodome, kad erdvėse yra linijinė morfologija“, - rašo autoriai. „Vietoj to, šios erdvės yra vidiniai kolageno pluošto ryšuliai, kurie sudaro pastolius, apie kuriuos buvo deponuotas mineralas. Taigi aspidin yra akies ląstelė. “

Ši maža diferenciacija turi stulbinamų pasekmių, kai kalbama apie mineralizuotų skeleto, kaip ir žmonių, atsiradimą. Tiesiog parodydama, kad šios žuvys turėjo mineralizuotų skeletų, ši komanda nustatė, kad tai yra kelis milijonus metų:

„Šie atradimai keičia mūsų požiūrį į skeleto raidą“, - teigia Phil Donoghue, doktorantas, Bristolio universiteto bendraautorius ir paleobiologas. „Mes parodome, kad iš tikrųjų tai yra kaulų rūšis, ir kad visi šie audiniai turi išsivystyti milijonus metų anksčiau.“