Gamle haj fra Kina kan være menneskets ældste kæbeforfader

Levende hajer bliver ofte portrætteret som toprovdyrene i det marine rige. Palæontologer har været i stand til at identificere fossiler af deres uddøde forfædre, der går hundreder af millioner af år tilbage til en tid kendt som den palæozoiske periode. Disse tidlige "hajer", kendt som acanthodians, strittede med pigge. I modsætning til moderne hajer udviklede de knogle "rustning" omkring deres parvise finner.

En nylig opdagelse af en ny art af acanthodian fra Kina overraskede videnskabsmænd med sin oldtid. Fundet er omkring 15 millioner år før de tidligste akantodiske kropsfossiler og er den ældste ubestridte kæbefisk.

Disse resultater blev offentliggjort i Nature den 28. september.

Rekonstrueret af tusindvis af bittesmå skeletfragmenter, Fanjingshania, opkaldt efter det berømte UNESCOs verdensarvssted Fanjingshan, er en bizar fisk med en ydre knogle "panser" og flere par finneryg, der adskiller den fra levende kæbefisk, bruskhajer og rokker. , og benede stråle- og fligefinnede fisk.

Undersøgelse af Fanjingshania af et team af forskere fra det kinesiske videnskabsakademi, Qujing Normal University og University of Birmingham afslørede, at arten er anatomisk tæt på grupper af uddøde tornede "hajer", der kollektivt er kendt som acanthodians. I modsætning til moderne hajer har akantodianer hudforbeninger i skulderregionen, som forekommer primitivt hos kæbefisk.

De fossile rester af Fanjingshania blev fundet fra knoglelejeprøver af Rongxi-formationen på et sted i Shiqian County i Guizhou-provinsen, Sydkina.

Disse resultater præsenterer håndgribelige beviser for en diversificering af store hvirveldyrgrupper for titusinder af år før begyndelsen af ​​den såkaldte "fiskenes tidsalder" for omkring 420 millioner år siden.

Forskerne identificerede træk, der adskiller Fanjingshania fra ethvert kendt hvirveldyr. Den har dermale skulderbælteplader, der smelter sammen som en enhed til en række rygsøjler - pectoral, prepectoral og prepelvic. Derudover blev det opdaget, at de ventrale og laterale dele af skulderpladerne strækker sig til den bageste kant af brystfinnen. Arten har tydelige stammeskæl med kroner sammensat af en række tandlignende elementer (odontoder) prydet af diskontinuerlige nodoserygge. Særligt er dentinudviklingen registreret i skæl, men mangler i andre komponenter af det dermale skelet, såsom finnerygerne.

"Dette er den ældste kæbede fisk med kendt anatomi," sagde prof. Zhu Min fra Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology (IVPP) ved det kinesiske videnskabsakademi. "De nye data gjorde det muligt for os at placere Fanjingshania i det fylogenetiske træ af tidlige hvirveldyr og få meget tiltrængt information om de evolutionære trin, der fører til oprindelsen af ​​vigtige hvirveldyrtilpasninger såsom kæber, sensoriske systemer og parrede vedhæng."

Fra begyndelsen var det klart for forskerne, at Fanjingshanias skulderbælte, med dens række af finneryg, er nøglen til at udpege den nye arts position i det evolutionære træ hos tidlige hvirveldyr. De fandt ud af, at en gruppe akantodianere, kendt som climatiids, besidder det fulde supplement af skulderryg, der er anerkendt i Fanjingshania. Hvad mere er, i modsætning til normal udvikling af dermal plade, er pectorale forbeningerne af Fanjingshania og climatiids fusioneret til modificerede trunk-skæl. Dette ses som en specialisering fra den primitive tilstand af kæbede hvirveldyr, hvor knoglepladerne vokser fra et enkelt ossifikationscenter.

Uventet viser de fossile knogler i Fanjingshania tegn på omfattende resorption og ombygning, der typisk er forbundet med skeletudvikling hos benfisk, inklusive mennesker.

"Dette niveau af modifikation af hårdt væv er uden fortilfælde i chondrichthyans, en gruppe, der omfatter moderne bruskfisk og deres uddøde forfædre," sagde hovedforfatter Dr. Plamen Andreev, en forsker ved Qujing Normal University. "Det taler om en større end den nuværende udviklingsmæssige plasticitet af det mineraliserede skelet ved begyndelsen af ​​diversificering af kæbefisk."

Resorptionsegenskaberne ved Fanjingshania er mest tydelige i isolerede stammeskæl, der viser tegn på tandlignende udskillelse af kroneelementer og fjernelse af dermal knogle fra skælbasen. Tyndtskårne prøver og tomografiskiver viser, at dette resorptive stadium blev efterfulgt af aflejring af erstatningskroneelementer. Overraskende nok findes de nærmeste eksempler på denne skeletombygning i tandsæt og hudtænder (dentikler) hos uddøde og levende benfisk. I Fanjingshania var resorptionen imidlertid ikke rettet mod individuelle tænder eller dentikler, som det skete hos benfisk, men fjernede i stedet et område, der omfattede flere skæl dentikler. Denne ejendommelige erstatningsmekanisme minder mere om skeletreparation end den typiske tand-/dentikel-substitution hos hvirveldyr med kæbe.

En fylogenetisk hypotese for Fanjingshania, der bruger en numerisk matrix afledt af observerbare karakterer, bekræftede forskernes oprindelige hypotese om, at arten repræsenterer en tidlig evolutionær gren af ​​primitive chondrichthyaner. Disse resultater har dybtgående implikationer for vores forståelse af, hvornår kæbefisk opstod, da de stemmer overens med morfologiske ur-estimater for alderen på den fælles forfader til brusk- og benfisk, der dateres til omkring 455 millioner år siden, i en periode kendt som Ordovicium.

Disse resultater fortæller os, at fraværet af ubestridte rester af kæbefisk af ordovicisk alder kan forklares ved underprøvetagning af sedimentsekvenser fra sammenlignelig oldtid. De peger også i retning af en stærk bevarelsesskævhed mod tænder, kæber og leddelte hvirveldyrsfossiler i lag, der er sideløbende med Fanjingshania.

"Den nye opdagelse sætter spørgsmålstegn ved eksisterende modeller for hvirveldyrs evolution ved betydeligt at fortætte tidsrammen for fremkomsten af ​​kæbefisk fra deres nærmeste kæbeløse forfædre. Dette vil have dybtgående indflydelse på, hvordan vi vurderer evolutionære rater hos tidlige hvirveldyr og forholdet mellem morfologisk og molekylært forandring i disse grupper," sagde Dr. Ivan J. Sansom fra University of Birmingham. + Udforsk yderligere

Gamle fiskeskæl og hvirveldyrtænder deler en embryonal oprindelse