Fossiliseret slim af 100 millioner år gammel hagfish ryster op i hvirveldyrs stamtræ

Palæontologer ved University of Chicago har opdaget det første detaljerede fossil af en hagfish, den slimede, ål-lignende ådsler foder af havet. Det 100 millioner år gamle fossil hjælper med at besvare spørgsmål om, hvornår disse gamle, kæbeløse fisk forgrenede sig fra det evolutionære træ fra den slægt, der gav anledning til moderne kæbede hvirveldyr, herunder benfisk og mennesker.

Det fossile, kaldet Tethymyxine tapirostrum, er en 12 tommer lang fisk indlejret i en plade af kalksten fra kridttiden fra Libanon. Den udfylder et hul på 100 millioner år i fossilregistret og viser, at tøsnefisk er tættere beslægtet med den blodsugende lampret end med andre fisk. Det betyder, at både hagfish og lampreys udviklede deres ål-lignende kropsform og mærkelige fødesystemer, efter at de forgrenede sig fra resten af ​​hvirveldyrets herkomst for omkring 500 millioner år siden.

"Dette er en stor reorganisering af stamtræet for alle fisk og deres efterkommere. Dette giver os mulighed for at sætte en evolutionær dato på unikke egenskaber, der adskiller hagfish fra alle andre dyr, " sagde Tetsuto Miyashita, Ph.d., en Chicago Fellow i Institut for Organismisk Biologi og Anatomi ved UChicago, der ledede forskningen. Resultaterne offentliggøres i denne uge i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Den slimede døde giveaway

Moderne hagfish er kendt for deres bizarre, mareridtsagtig udseende og unik forsvarsmekanisme. De har ikke øjne, eller kæber eller tænder at bide med, men brug i stedet et spidstungelignende apparat til at raspe kød af døde fisk og hvaler på bunden af ​​havet. Når man bliver chikaneret, de kan øjeblikkeligt forvandle vandet omkring dem til en sky af slim, tilstopper gællerne på kommende rovdyr.

Denne evne til at producere slim er det, der gav Tethymyxine-fossilet væk. Miyashita brugte en billeddannelsesteknologi kaldet synkrotronscanning ved Stanford University til at identificere kemiske spor af blødt væv, der blev efterladt i kalkstenen, da hagfish fossilerede. Disse bløde væv bevares sjældent, Derfor er der så få eksempler på ældgamle hagfish-slægtninge at studere.

Scanningen opfangede et signal for keratin, det samme materiale, der udgør fingernegle hos mennesker. Keratin, det viser sig, er en afgørende del af det, der gør forsvaret mod hagfish slim så effektivt. Hagfish har en række kirtler langs deres kroppe, der producerer bittesmå pakker af tæt snoede keratinfibre, smurt af mucus-y goo. Når disse pakker rammer havvand, fibrene eksploderer og fanger vandet inde, forvandler alt til haj-kvælende sludder. Fibrene er så stærke, at de, når de er udtørrede, ligner silketråde; de bliver endda undersøgt som mulige biosyntetiske fibre til fremstilling af tøj og andre materialer.

Miyashita og hans kolleger fandt mere end hundrede koncentrationer af keratin langs fossilets krop, hvilket betyder, at den gamle hagfish sandsynligvis udviklede sit slimforsvar, da havene inkluderede frygtindgydende rovdyr som plesiosaurer og ichthyosaurer, som vi ikke længere ser i dag.

"Vi har nu et fossil, der kan skubbe oprindelsen af ​​den hagfish-lignende kropsplan tilbage med hundreder af millioner af år, " sagde Miyashita. "Nu, Det næste spørgsmål er, hvordan dette ændrer vores syn på forholdet mellem alle disse tidlige fiskeslægter."

Ryster op i hvirveldyr-slægtstræet

Egenskaber ved det nye fossil hjælper med at placere hagfish og deres slægtninge på hvirveldyrs stamtræ. I fortiden, videnskabsmænd har været uenige om, hvor de hørte til, afhængig af hvordan de tacklede spørgsmålet. De, der stoler på fossile beviser alene, har en tendens til at konkludere, at hagfish er så primitive, at de ikke engang er hvirveldyr. Dette indebærer, at alle fisk og deres efterkommere af hvirveldyr havde en fælles forfader, der - mere eller mindre - lignede en hagfish.

Men dem, der arbejder med genetiske data, hævder, at tøs og lampretter er tættere beslægtet med hinanden. Dette tyder på, at moderne hagfish og lampreys er de mærkelige i hvirveldyrs stamtræ. I det tilfælde, det primitive udseende af hagfish og lamprettes er vildledende, og alle hvirveldyrs fælles forfader var nok noget mere konventionelt fiskeagtigt.

Miyashitas arbejde forener disse to tilgange, ved at bruge fysiske beviser for dyrets anatomi fra fossilet for at komme til samme konklusion som genetikerne:at tøsnefuglen og lampretterne skal grupperes adskilt fra resten af ​​fiskene.

"I en vis forstand, dette nulstiller dagsordenen for, hvordan vi forstår disse dyr, " sagde Michael Coates, Ph.d., professor i organismebiologi og anatomi ved UChicago og medforfatter til det nye studie. "Nu har vi denne vigtige bekræftelse på, at de er en gruppe adskilt. Selvom de stadig er en del af hvirveldyrs biodiversitet, vi er nu nødt til at se mere omhyggeligt på hagfish og lampreys, og anerkende deres tilsyneladende primitivitet som en specialiseret tilstand.

Palæontologer har i stigende grad brugt sofistikerede billeddannelsesteknikker i de sidste par år, men Miyashitas forskning er en af ​​en håndfuld hidtil, der har brugt synkrotronscanning til at identificere kemiske grundstoffer i et fossil. Selvom det var afgørende at opdage anatomiske strukturer i hagfish-fossilet, han mener, at det også kan være et nyttigt værktøj til at hjælpe videnskabsmænd med at opdage maling eller lim, der bruges til at pynte et fossil eller endda direkte smede et eksemplar. Ethvert forsøg på at krydre et fossilt eksemplar efterlader kemiske fingeraftryk, der lyser op som feriedekorationer i en synkrotronscanning.

"Jeg er imponeret over, hvad Tetsuto har samlet her, " sagde Coates. "Han har udnyttet alle de forskellige teknikker og tilgange, der kan anvendes på dette fossil for at udtrække information fra det, at forstå det og kontrollere det grundigt."