Den er mindre end 2 cm lang, men denne 400 millioner år gamle fossile fisk ændrer vores syn på hvirveldyrs evolution

Udgivet i dag, vores nye papir beskriver en spektakulær 400 millioner år gammel 3-D-konserveret fossil fisk, Ligulalepis.

3D-anatomien af ​​det fossiliserede Ligulalepis-kranie afslører hidtil ukendte detaljer om mønsteret af dermale kranieknogler, formen af ​​hjernehulen, og andre bløddelstræk (såsom nerver og blodkar) hos denne art.

Hvorfor er vi så begejstrede for at opdage strukturen af ​​et gammelt fiskekranie? Fordi Ligulalepis sidder i en meget vigtig position i hvirveldyrets evolutionære træ.

Benfisk - og os

Fisk er den mest forskelligartede gruppe af rygradede dyr (hvirveldyr) på planeten, med cirka 30, 000 kendte arter.

Langt de fleste af disse (omkring 98%!) er benfisk eller osteichthyans. Disse omfatter de fleste fisk, vi kan lide at spise, såsom laks, tun og ørred, samt fisk vi holder som kæledyr, som guldfisk og guppyer. Disse kaldes strålefinnede fisk (aktinopterygier), da deres finner understøttes af benstænger kaldet finnestråler.

Den anden hovedgruppe af benfisk har robuste lobefinner (sarkopterygier), en gruppe, der indeholder de levende lungefisk og coelacanter, samt flere uddøde grupper.

Sarkopterygiere er en vigtig gruppe, fordi de første firbenede landdyr, tetrapoderne, udviklet sig fra dem. I dag kan vi betragte alle levende tetrapoder (padder, krybdyr, fugle og pattedyr) som en undergruppe inden for benfiskene.

Et spændende nyt fund

Den første opdagelse af fisken kaldet Ligulalepis var et lille fossilt fiskekranie fundet i kalksten nær Wee Jasper i New South Wales for omkring 20 år siden.

Det har sat gang i debatten omkring den tidlige osteichthyan evolution lige siden, uden nogen klar beslutning om, hvor denne gådefulde fisk sidder i stamtræet.

Derefter, for omkring to år siden, et andet kranium af denne fisk blev opdaget af en Flinders University-studerende, Benedikt King. Eksemplaret blev fundet i de samme kalkstensfremspring nær Wee Jasper. Det blev også bevaret i 3-D, men var endnu mere komplet end det originale eksemplar.

Tidligere arbejde af os genkendte elektroreceptive sensoriske huller i dette kranium af Ligulalepis.

Hemmeligheder af kraniet

Både de gamle og de nye kranier var fokus på vores nye papir. Vores team forberedte først det lille nyere eksemplar (mindre end 2 cm i længden) ud af klippen ved at bruge svag eddikesyre til at blotlægge knoglen, efterhånden som karbonatstenen opløstes.

Derefter brugte vi mikrocomputertomografi (CT) scanning til at visualisere skeletanatomien af ​​de to kendte Ligulalepis-prøver. Kraftige røntgenstråler passerer gennem knoglerne for at afsløre mange skjulte træk inde i kranierne.

Scanningerne afslørede en forvirrende blanding af karakterer i kranierne på disse fisk. Nogle funktioner, ligesom formen på de indre øregange, syntes at tilhøre bruskfisk som hajer. Andre funktioner, ligesom den overordnede form af hjernekassen, var tydeligt osteichthyan (knoglefisk) karakterer.

Mønstret af knogler, der danner kraniets tag, var et uventet primitivt træk, der også ses i en uddød gruppe af kæbefisk, kaldet placoderms.

CT-teknikken gjorde det muligt for os at rekonstruere, hvordan hjernehulen i denne 400 millioner år gamle fisk så ud, giver os mulighed for digitalt at genoprette hjerneformen for første gang (se video nedenfor).

Et kompliceret stamtræ

Forud for vores detaljerede analyse af dette kranium, nogle videnskabsmænd anså Ligulalepis for at være nært beslægtet med strålefinnefiskene. Andre placerede den ved siden af ​​fligefinnede fisk.

En tredje tankegang forestillede sig den endnu lavere nede på fiskens stamtræ - og det er tæt på, hvor vi nu har placeret den, på "stammen" af træet, der fører til de sande osteichthyans.

Dens unikke placering på livets træ betyder, at Ligulalepis giver stor indsigt i, hvordan forfaderen til de to store udstrålinger af benfisk så ud. Desuden, den detaljerede analyse af dens nyligt afslørede karakterer hjælper med at klarlægge den tidlige evolutionære stråling af alle dyr med et knogleskelet – inklusive os mennesker.

Manglende fossiler

De fleste moderne fisk er strålefinnede fisk (aktinopterygier), med omkring 29, 000 levende arter. Deres oprindelse kan med sikkerhed dateres tilbage til Mellemdevon, omkring 390 millioner år siden med fisk som Cheirolepis fra Skotland.

Imidlertid er eksistensen af ​​den beslægtede gruppe "lapfinner" (sarkopterygier) meget ældre, med tidlige repræsentanter for den gruppe som f.eks Guiyu , fra Kina, dateret til omkring 430 millioner år siden. Dette tyder på, at der er nogle dele af den tidlige fiskefossil, der er dårligt forstået.

Vores fossil og de nye analyser, vi har udført, er med til at løse det store spørgsmål om, hvordan forfaderen til alle moderne benfisk så ud. Det illustrerer også rækkefølgen af ​​ændringer, som disse tidlige fisk gennemgik for at opnå deres moderne "kropsplan".

Også, vores analyser viser, at Ligulalepis var den nærmeste kendte art til en ejendommelig gruppe af tidlige fligefinnede fisk kaldet "psarolepider", kun kendt fra Kina. Det understøtter hypotesen om, at den første tidlige benfisk opstod og udstrålede i Kina, vandrede derefter ud via East Gondwana (Australien og Antarktis), den del af det sydlige superkontinent, der er tættest på de gamle kinesiske terræner.

Vores resultater fremhæver, at det evolutionære stamtræ for de første benfisk er meget mere kompliceret, end vi havde troet, demonstrerer vigtigheden af ​​palæontologi for at hjælpe os mere præcist at forstå vores fjerne oprindelse.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.