X-Rays verschijnen om het meest oude bot van het fossiel te onthullen

Meer dan 400 miljoen jaar geleden zwom een ​​vreemde, kaakloze vis in de oceanen van de wereld. Deze vis had een flexibel skelet - een raar, botachtig materiaal dat niet leek op het huidige bot - dat de categorisering heeft getrotseerd sinds de oorspronkelijke eigenaar miljoenen jaren geleden stierf. Op dinsdag, een studie in Natuurecologie en -evolutie meldt dat we eindelijk hebben ontdekt wat het is. Het is het oudste voorbeeld van bot in het hele fossielenarchief.

Het skeletmateriaal dat in deze oude vis wordt gezien - onderdeel van een groep die heterostracans wordt genoemd - wordt aspidin genoemd, concluderen de auteurs. Dit materiaal, verklaart studieauteur Joseph Keating, Ph.D., een paleobioloog aan de universiteit van Manchester, is bijna onmogelijk te karakteriseren omdat het niet lijkt op een van de vier weefseltypen - bot, kraakbeen, dentine en glazuur - die de huidige botten en tanden vormen. Toen biologen eerder de aspidinefossielen onder een microscoop hadden onderzocht, waren ze perplex om een ​​kriskras vertakkende structuur te vinden.

De soorten botten die we tegenwoordig kennen, kruisen elkaar niet onder een microscoop, dus het was moeilijk om erachter te komen of aspidin eigenlijk bot was. "Al 160 jaar lang hebben wetenschappers zich afgevraagd of aspidine een overgangsfase is in de evolutie van gemineraliseerde weefsels", zegt Keating. Maar de gedetailleerde röntgenfoto's van zijn team van de heterostracan-fossielen toonden bewijs dat ze waarschijnlijk een heel belangrijke fase van de botevolutie vertegenwoordigden: de allereerste.

Een belangrijk onderdeel van het bot is een "organische matrix" van eiwitten zoals collageen, die samen een steiger vormen waaraan mineralen zich kunnen hechten, waardoor het anders sponsachtige weefsel hard wordt. Cruciaal genoeg is deze matrix in de botten die we gewend zijn meestal gestructureerd in tubes die dat wel zijn lineair, waarvan wordt gedacht dat het noodzakelijk is om het bot te mineraliseren.

Vanwege de schijnbaar gekruiste structuur van aspidin concludeerden onderzoekers eerder dat het die minerale componenten van de matrix niet kon hebben. Met andere woorden, hoewel het veel op bot leek, was het waarschijnlijk niet - waarschijnlijk alleen de evolutionaire voorloper van gemineraliseerd bot.

Keating besloot echter om aspidin nog nauwkeuriger te bekijken. Hij spendeerde meer dan 100 uur aan het scannen van de fossiele resten van heterostracan skeletten, met behulp van een techniek genaamd synchrotron tomografie, die een type röntgen zo krachtig gebruikt dat het een deeltjesversneller nodig heeft om te werken. Keating vond zijn deeltjesversneller bij het Paul Scherrer-instituut in Zwitserland, waar hij deze hoogwaardige röntgenstralen gebruikte om een ​​driedimensionaal model van deze aspidinekeletten te construeren.

Keating keek nauwkeuriger dan ooit tevoren en ontdekte dat de kriskras die in het verleden zo verwarrend was geweest, was verdwenen. "Ik ontdekte dat deze buizen strikt lineair waren en geen vertakking vertoonden", schreef hij in een blogbericht in Natuur. "De beelden uit eerdere studies lijken het resultaat te zijn van tweedimensionaal snijden door verwarde en overlappende buizen, waardoor het lijkt alsof het vertakt."

Het 3D-model onthulde dat de buizen eigenlijk lineair waren, maar in willekeurig gekruiste richtingen op elkaar lagen gestapeld. Al tientallen jaren realiseerde hij zich dat, toen onderzoekers naar de buizen op tweedimensionale röntgenstralen keken, ze werden afgeplat en een vertakkingspatroon vormden dat niet indicatief was voor hun ware structuur. Cruciaal, wijzen de auteurs erop, dat deze buizen collageen bevatten, het scaffold-eiwit dat bijdraagt ​​aan mineralisatie.

"We laten zien dat de ruimtes een lineaire morfologie vertonen", schrijven de auteurs. "In plaats daarvan vertegenwoordigen deze ruimten intrinsieke collageenvezelbundels die een stellage vormen over het mineraal dat werd afgezet. Aspidine is dus acellulair dermaal bot."

Deze kleine differentiatie heeft verbluffende consequenties als het gaat om het uitzoeken wanneer gemineraliseerde skeletten, zoals die bij mensen worden waargenomen, zich eerst ontwikkelden. Door simpelweg te laten zien dat deze vissen gemineraliseerde skeletten hadden, heeft dit team die datum enkele miljoenen jaren teruggezet:

"Deze bevindingen veranderen onze kijk op de evolutie van het skelet", concludeert Phil Donoghue, Ph.D., co-auteur en paleobioloog van de Universiteit van Bristol. "We laten zien dat het in feite een soort bot is en dat al deze weefsels miljoenen jaren eerder zijn geëvolueerd."