Рентгенови лъчи разкриват най-древната кост на изкопаемите рекорди

Преди повече от 400 милиона години странна риба без челюст плуваше в световните океани. Тази риба имаше гъвкав скелет - странен, подобен на кост материал, който не беше като днешната кост - който се противопостави на категоризацията, тъй като първоначалният му собственик умира преди милиони години. Във вторник в кабинета Екология и еволюция на природата съобщава, че най-накрая сме разбрали какво е то. Това е най-древният пример за костите в целия рекорд.

Скелетният материал, наблюдаван в тази древна риба - част от група, наречена хетеротракани - се нарича аспидин, заключават авторите. Този материал, обяснява авторът на изследването, д-р Джоузеф Китинг, докторант, палеобиолог от университета в Манчестър, е почти невъзможно да се характеризира, защото не прилича на нито един от четирите вида тъкани - кост, хрущял, дентин и емайл - които съставляват съвременните кости и зъби. Когато биолозите преди това са изследвали вкаменелостите на аспидин под микроскоп, те били объркани, за да намерят кръстосана разклоняваща структура.

Видовете кости, които познаваме днес, не се пресичат под микроскоп, така че е трудно да се разбере дали аспидинът всъщност е кост. „За 160 години учените се чудят дали аспидинът е преходен етап в еволюцията на минерализираните тъкани“, казва Кийтинг. Но подробните рентгенови снимки на екипа му от хетеротраканови фосили показаха, че те вероятно представляват много важен етап от еволюцията на костите: първата.

Основен компонент на костите е "органичната матрица" на протеини като колаген, които се събират, за да образуват скеле, към което могат да се прикрепят минерали, като се превръща в иначе гъбестата тъкан. Най-важното е, че в костите, с които сме свикнали, тази матрица обикновено е структурирана в тръби, които са линеен, което се смята за необходимо, за да се минерализира костта.

Поради привидно кръстосаната структура на аспидин, изследователите преди това са стигнали до заключението, че той не може да има тези минерални компоненти на матрицата. С други думи, макар да изглеждаше много като кост, вероятно не беше - вероятно само еволюционният предшественик на минерализираната кост.

Кийтинг обаче реши да погледне още по-отблизо аспидин. Той прекара повече от 100 часа в сканиране на останките от хетеротраканови скелети, използвайки техника, наречена синхротронна томография, която използва такъв силен рентгенов лъч, който изисква ускорител на частиците да работи. Keating намери своя ускорител на частици в Института на Пол Scherrer в Швейцария, където използва тези висококачествени рентгенови изображения, за да конструира триизмерен модел на тези скелети на аспидин.

Поглеждайки по-отблизо от всякога, Кийтън откри, че кръстосването, което в миналото е било толкова объркващо, е изчезнало. "Открих, че тези тръби са строго линейни, без каквито и да било разклонения", пише той в блог пост природа, "Изображенията от предишни проучвания изглежда са резултат от двуизмерно разделяне чрез заплетени и припокриващи се тръби, което придава вид на разклоняване."

3D моделът разкри, че тръбите всъщност са линейни, но изглеждат подредени един върху друг в случайно пресичащи се посоки. В продължение на десетилетия, осъзнаваше той, докато изследователите разглеждаха тръбите на двуизмерни рентгенови лъчи, те изглеждаха изравнени, образувайки модел на разклоняване, който не е показателен за истинската им структура. Най-важното, авторите посочват, че тези тръби представляват колаген, белтък, който допринася за минерализацията.

"Ние показваме, че пространствата показват линейна морфология", пишат авторите. Вместо това, тези пространства представляват присъщи на колагеновите влакна снопчета, които образуват скеле, върху което се отлага минералът. Аспидинът е следователно безклетъчна кожна кост."

Тази малка диференциация има зашеметяващи последици, когато става въпрос да се разбере, когато минерализирани скелети, като тези, наблюдавани при хората, се развиват първо. Чрез просто показвайки, че тези риби имат минерализирани скелети, този екип е определил тази дата още няколко милиона години:

„Тези находки променят нашата представа за развитието на скелета“, заключава Фил Донохю, доктор, съавтор и палеобиолог от Университета в Бристол. "Ние показваме, че всъщност е вид кост и че всички тези тъкани трябва да са се развили милиони години по-рано."