X-промені з'являються для виявлення найдавнішої кістки копалини

Понад 400 мільйонів років тому в світових океанах плавала дивна риба безкінечна. У цієї риби був гнучкий скелет - дивний, подібний до кістки матеріал, який не був схожим на сучасну кістку, - що кинуло виклик категоризації, оскільки його первісний власник помер мільйони років тому. У вівторок, дослідження в Екологія природи та еволюція повідомляє, що ми нарешті зрозуміли, що це таке. Це найдавніший приклад кістки у всьому літописі.

Скелетний матеріал, що спостерігається в цій стародавній рибі - частині групи, що називається гетеростраканами - називається аспідін, вважають автори. Цей матеріал, пояснює автор дослідження Джозеф Кітінг, доктор філософії, палеобіолог з Університету Манчестера, майже неможливо охарактеризувати, оскільки він не нагадує жодного з чотирьох типів тканин - кістки, хряща, дентину та емалі - що складають сучасні кістки і зуби. Коли біологи раніше досліджували скам'янілості аспідину під мікроскопом, вони були здивовані, щоб знайти перекреслену структуру розгалуження.

Типи кісток, які ми знаємо сьогодні, не перетинаються під мікроскопом, тому важко було зрозуміти, чи справді аспідін був кісткою. "Протягом 160 років вчені задавалися питанням, чи є аспідін перехідною стадією еволюції мінералізованих тканин", - говорить Кейтінг. Але детальні рентгенівські знімки гетеростраканів показали, що вони, ймовірно, є дуже важливим етапом еволюції кістки: перший.

Найважливішим компонентом кістки є «органічна матриця» білків, таких як колаген, які збираються разом, щоб сформувати каркас, до якого можуть прикріплюватися мінерали, перетворюючи тверду тверду тканину. Важливо, що в кістках, до яких ми звикли, ця матриця зазвичай структурована в трубках лінійний, що вважається необхідним для мінералізації кістки.

Внаслідок начебто схрещеної структури аспідіна дослідники раніше прийшли до висновку, що він не міг мати тих мінеральних компонентів матриці. Іншими словами, хоча це виглядало дуже схоже на кістку, це, ймовірно, не було - швидше за все, еволюційним попередником мінералізованої кістки.

Кітінг, однак, вирішив ще ближче подивитися на аспідін. Він витратив більше 100 годин на сканування викопних залишків скелетів гетеростраканів, використовуючи методику, що називається синхротронною томографією, яка використовує такий тип рентгенівського випромінювання, який настільки потужний, що потребує прискорювача частинок. Кітінг знайшов свій прискорювач частинок в Інституті Пола Шеррера в Швейцарії, де використовував ці високоякісні рентгенівські знімки для побудови тривимірної моделі цих скелетів аспідіну.

Поглядаючи більш уважно, ніж будь-коли раніше, Кітінг виявив, що перехрестя, яке було так заплутано в минулому, зникло. "Я виявив, що ці трубки були строго лінійними, без будь-яких розгалужень", - написав він у блозі Природа. "Зображення з попередніх досліджень, здається, є результатом 2-мірного розрізування через заплутані і перекриваються труби, що дає появу розгалуження".

3D-модель виявила, що трубки фактично були лінійними, але, здавалося, розташовані один над іншим у випадкових перехрещених напрямках. Протягом десятиліть, як він зрозумів, дослідники дивилися на трубки на двовимірних рентгенівських променях, вони виявилися сплющеними, утворюючи схему розгалуження, яка не вказувала на їх справжню структуру. Важливо, автори вказують, що ці трубки будинку коллагена, це лісовий білок, який сприяє мінералізації.

"Ми показуємо, що простори мають лінійну морфологію", - пишуть автори. Замість цього ці простори являють собою власні колагенові пучки волокон, які утворюють каркас, на якому містився мінерал. Таким чином, аспідін є безклітинною шкірною кісткою.

Ця крихітна диференціація має вражаючі наслідки, коли справа доходить до того, що мінералізовані скелети, подібно до тих, що спостерігаються у людей, спочатку розвивалися. Просто показуючи, що ці риби мають мінералізовані скелети, ця команда встановила, що датується кілька мільйонів років:

"Ці дані змінюють нашу думку про еволюцію скелета", - підсумовує доктор філософії Філ Донохью, співавтор і палеобіолог з університету Брістоля. "Ми показуємо, що це, по суті, тип кістки, і що всі ці тканини повинні розвиватися мільйони років тому".