Röntgenstrahlen scheinen den ältesten Knochen der Fossilplatte aufzudecken

Vor über 400 Millionen Jahren schwamm ein fremder, kieferloser Fisch in den Ozeanen der Welt. Dieser Fisch hatte ein flexibles Skelett - ein komisches, knochenähnliches Material, das dem heutigen Knochen nicht gleicht -, das sich der Kategorisierung widersetzt, seit der ursprüngliche Besitzer vor Millionen von Jahren starb. Am Dienstag eine Studie in Naturökologie und Evolution berichtet, dass wir endlich herausgefunden haben, was es ist. Es ist das älteste Beispiel für Knochen im gesamten Fossilienbestand.

Das Skelettmaterial dieses alten Fisches - Teil einer Gruppe namens Heterostracane - wird als Aspidin bezeichnet, schließen die Autoren. Dieses Material, erklärt der Studienautor Joseph Keating, ein Paläobiologe an der Universität von Manchester, war nahezu unmöglich zu charakterisieren, da es keinem der vier Gewebetypen - Knochen, Knorpel, Dentin und Schmelz - ähnelt. das sind Knochen und Zähne der Gegenwart. Als Biologen die Aspidinfossilien zuvor unter einem Mikroskop untersuchten, waren sie verblüfft, eine verzweigte Verzweigungsstruktur zu finden.

Die Knochentypen, die wir heute kennen, kreuzen sich nicht unter einem Mikroskop, daher war es schwer herauszufinden, ob Aspidin tatsächlich Knochen war. "Seit 160 Jahren fragen sich Wissenschaftler, ob Aspidin eine Übergangsstufe in der Entwicklung mineralisierter Gewebe ist", sagt Keating. Die detaillierten Röntgenaufnahmen der heterostracanischen Fossilien seines Teams zeigten jedoch, dass sie wahrscheinlich ein sehr wichtiges Stadium der Knochenentwicklung darstellten: das allererste.

Ein Hauptbestandteil des Knochens ist eine „organische Matrix“ aus Proteinen wie Kollagen, die sich zu einem Gerüst zusammenfügen, an das sich Mineralien anlagern können, wodurch das ansonsten schwammige Gewebe hart wird. Entscheidend ist, dass diese Matrix in den Knochen, an die wir gewöhnt sind, normalerweise in Röhren strukturiert ist linear, was als notwendig erachtet wird, damit der Knochen mineralisieren kann.

Aufgrund der scheinbar überkreuzten Struktur von Aspidin waren die Forscher zu dem Schluss gekommen, dass diese mineralischen Bestandteile der Matrix nicht vorhanden sein könnten. Mit anderen Worten, obwohl es sehr nach Knochen aussah, war es wahrscheinlich nicht - wahrscheinlich nur der evolutionäre Vorgänger von mineralisiertem Knochen.

Keating entschied sich jedoch, Aspidin noch genauer zu betrachten. Er verbrachte über 100 Stunden damit, die fossilen Überreste von Heterostracan-Skeletten zu scannen, wobei er eine Technik namens Synchrotron-Tomographie verwendete, bei der eine Art Röntgenstrahlung verwendet wird, die so leistungsfähig ist, dass ein Teilchenbeschleuniger zum Arbeiten erforderlich ist. Keating fand seinen Teilchenbeschleuniger am Paul Scherrer Institut in der Schweiz, wo er mit diesen hochwertigen Röntgenaufnahmen ein dreidimensionales Modell dieser Aspidinskelette konstruierte.

Keating sah genauer als je zuvor an und stellte fest, dass die in der Vergangenheit so verwirrende Kreuzung verschwunden war. "Ich fand, dass diese Röhren streng linear waren und keinerlei Verzweigungen hatten", schrieb er in einem Blogbeitrag in Natur. "Die Bilder aus früheren Studien scheinen das Ergebnis eines zweidimensionalen Schnitts durch verschlungene und überlappende Rohre zu sein, was den Anschein einer Verzweigung ergibt."

Das 3D-Modell zeigte, dass die Röhren tatsächlich linear waren, aber in zufälligen, kreuzweisen Richtungen aufeinander gestapelt zu sein schienen. Jahrzehntelang erkannte er, als die Forscher die Röhren mit zweidimensionalen Röntgenstrahlen betrachteten, schienen sie abgeflacht zu sein und bildeten ein Verzweigungsmuster, das nicht auf ihre wahre Struktur hindeutete. Entscheidend ist, so die Autoren, diese Röhrchen enthalten Kollagen, das Gerüstprotein, das zur Mineralisierung beiträgt.

"Wir zeigen, dass die Räume eine lineare Morphologie aufweisen", schreiben die Autoren. „Stattdessen stellen diese Räume intrinsische Kollagenfaserbündel dar, die ein Gerüst bilden, über das Mineral abgelagert wurde. Aspidin ist also azellulärer Hautknochen. “

Diese winzige Differenzierung hat erstaunliche Konsequenzen, wenn es darum geht, herauszufinden, wann mineralisierte Skelette, wie sie beim Menschen zu sehen sind, zuerst entwickelt wurden. Durch das bloße Zeigen, dass diese Fische mineralisierte Skelette hatten, hat dieses Team dieses Datum einige Millionen Jahre zurückversetzt:

"Diese Ergebnisse ändern unsere Ansicht über die Entwicklung des Skeletts", schließt Phil Donoghue, Mitautor und Paläobiologe von der University of Bristol. "Wir zeigen, dass es sich tatsächlich um einen Knochentyp handelt und dass all diese Gewebe Millionen von Jahren zuvor entstanden sein müssen."