Ældste fossilhjerte af hvirveldyr, der nogensinde er fundet, fortæller en 380 millioner år gammel historie om evolution

I kalkstensområderne i det vestlige Australiens Kimberley-region, nær byen Fitzroy Crossing, finder du et af verdens bedst bevarede antikke revkomplekser.

Her ligger resterne af utallige forhistoriske havdyr, inklusive placodermer, en forhistorisk klasse af fisk, der repræsenterer nogle af vores tidligste kæbede forfædre.

Placoderms var herskere over de gamle have, floder og søer. De var de mest talrige og forskelligartede fisk i Devonperioden (419-359 millioner år siden) - men døde ud til sidst i en masseudryddelse.

Det er vigtigt at studere placodermer, da de giver indsigt i oprindelsen af ​​den kæbede hvirveldyrs kropsplan (hvirveldyr er dyr med rygrad). For eksempel har placodermer afsløret, hvornår de første kæber, tænder, parrede kranieknogler og parrede lemmer udviklede sig. De har også lært os om oprindelsen af ​​intern befrugtning og levende fødsel i hvirveldyrs evolution.

Nu, i et papir udgivet i Science , detaljerer vi vores fund af det ældste tredimensionelt bevarede hjerte fra et hvirveldyr - i dette tilfælde et hvirveldyr med kæbe. Dette placoderm-hjerte er omkring 380 millioner år gammelt og 250 millioner år ældre end det tidligere ældste hvirveldyrshjerte.

Hvordan gjorde vi det?

Fiskefossiler fra nær Fitzroy Crossing blev først rapporteret fra Gogo Station i 1940'erne. Men det var først i 1960'erne, at smukke 3D-konserveringer blev afsløret ved hjælp af en teknik, der fjerner sten fra knogler med svag eddikesyre.

Denne teknik viste sig dog at være et tveægget sværd. Mens de fine detaljer i knogleskelettet blev afsløret, opløstes blødt væv i fossilerne væk. Det var først i 2000, at de første stykker af fossile muskler blev identificeret i placodermer.

Med fremkomsten af ​​en røntgenmetode kaldet "synkrotronmikrotomografi" - første gang brugt på Gogo-fossilerne i 2010 - blev flere muskler afsløret fra Gogo-plakodermerne, herunder nakke- og mavemuskler.

Vores arbejde brugte den samme teknologi til for første gang at vise tilstedeværelsen af ​​en lever, mave og tarme i en devonfisk. Nogle af prøverne viste endda rester af deres sidste måltid:et krebsdyr.

Vi fandt de bløde organer forstenede i en rækkefølge af placodermer kaldet arthrodires. Disse var de mest almindelige og forskelligartede af alle kendte placodermer, kendetegnet ved et unikt led mellem deres hoved og kropsrustning.

Hjertet af placoderm

Det mest spændende fund for os var hjertet. Vi fandt vores første placoderm-hjerte ved hjælp af synkrotron-imagining.

Mens vi eksperimenterede med en teknologi kaldet neutronbilleddannelse, opdagede vi et andet hjerte i en anden prøve.

Livet må have været nervepirrende i Devonhavet, for placodermer havde bogstaveligt talt deres hjerter i munden!

På dette tidspunkt i hvirveldyrs evolution var halsen så kort, at hjertet var placeret bagerst i halsen og under gællerne.

Fisk, der er endnu mere primitive end arthrodires, såsom den kæbeløse lampret, har deres hjerte tæt på leveren. Og hjertekamrene (kaldet atrium og ventrikel) sidder side om side.

På den anden side havde arthrodire placoderms hjertet i en mere fremadrettet (anterior) position, bagerst i halsen. Og atriet sad på toppen af ​​ventriklen - svarende til hajer og benfisk i dag.

I dag har 99 % af alle nulevende hvirveldyr kæber. Arthrodires giver det første anatomiske bevis for at understøtte hypotesen om, at repositionering af hjertet til en mere fremadrettet position hos hvirveldyr med kæber var forbundet med udviklingen af ​​kæber og hals.

Men det er ikke alt. Denne bevægelse af hjertet ville også have givet plads til, at lungerne kunne udvikle sig.

Har placodermer så lunger?

Et af de mest udfordrende evolutionære spørgsmål i dag er, om lunger var til stede i de tidligste kæbede hvirveldyr. Selvom fisk har gæller, kan tilstedeværelsen af ​​lunger hos nogle fisk hjælpe med opdriften, som er nødvendig for at synke og stige i vandet.

I dag er lunger kun til stede i primitive benfisk som lungefisk og afrikanske rørfisk.

Mere avancerede benfisk (såsom teleostene) forbliver flydende ved hjælp af en svømmeblære, hvorimod hajer hverken har lunger eller svømmeblære, og i stedet bruger en stor fedtlever til at hjælpe med opdriften.

Men hvad med gamle placodermer? Tidligere undersøgelser (som var noget kontroversielle) antydede, at lungerne var til stede i en primitiv placoderm kaldet Bothriolepis.

Vores analyse af arthrodires fra Gogo afslører, at de strukturer, der menes at være lunger i Bothriolepis, faktisk er en lever med to lapper, så lunger menes nu at have manglet fra placodermer.

Vores opdagelse viser derfor en enkelt oprindelse for lunger i benfisk (osteichthyans). Hjertets bevægelse til en fremadrettet position fra kæbeløse fisk (Cyclostomata) ville have givet plads til lunger til at udvikle sig i senere slægter.

Fraværet af lunger i placoderms tyder på, at disse fisk var afhængige af deres lever for opdrift, ligesom moderne hajer gør.

Et afgørende websted

Bevarelse af organer er et kapløb med tiden. I nogle tilfælde vil et dyrs nedbrydning hjælpe med at bevare blødt væv, men for meget nedbrydning og det bløde væv henfalder. For fremragende bevaring skal balancen være den helt rigtige.

I det forstenede hjerte fandt vi, at atrium og ventrikler er tydeligt vist, mens conus arteriosus - en del af hjertet, der leder blod fra ventriklen til arterierne - ikke er så velbevaret.

At være i stand til at gøre disse opdagelser, før de går tabt for evigt, er afgørende, hvis vi fuldt ud skal forstå den tidlige udvikling af hvirveldyr, inklusive oprindelsen af ​​den menneskelige kropsplan.

Så ud over vores umiddelbare resultater har vores arbejde forstærket betydningen af ​​Gogo-stedet i Kimberley som et af verdens vigtigste steder for at udføre dette arbejde. + Udforsk yderligere

380 millioner år gammelt hjerte belyser evolutionær historie

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.