Páratlan halfosszíliák tárják fel a gerinces állatok korai evolúcióját
Több mint 430 millió éves, páratlan épségben megmaradt halak fosszíliáira bukkantak kutatók Kínában. Az áttörő felfedezések feltárják az állkapcsos gerincesek korai evolúcióját, és segítenek megérteni, hogyan alakultak ki legfontosabb jellegzetességeik, amelyek saját testfelépítésünket is alapjaiban meghatározzák.
Csu Min, a kínai tudományos akadémia paleontológiai és paleoantropológiai intézetének szakembere vezette azokat a kutatásokat, amelyek eredményeit szerda délután közölte a Nature, négy tanulmányban. A lenyűgöző fosszíliákat rejtő lelőhelyeken végzett vizsgálatok alapján az állkapcsosok (Gnathostomata), amelyek közé a gerincesek 99 százaléka, így az emlősök is tartoznak, már a szilur időszak elején is változatosak voltak, és még korábban, valószínűleg az ordovícium végén jelentek meg.
A mai élőlények genetikai információján, valamint részleges fosszíliákon alapuló korábbi vizsgálatok ezzel összhangban arra utalnak, hogy az állkapcsi ívekből kifejlődő állkapocs, páros úszók és végtagok, valamint a belsőfül félköríves csatornái által jellemzett csoport 450 millió éve alakulhatott ki. Eddig azonban teljes egészében megmaradt, szilur időszaki fosszíliáik rendkívül ritkák voltak, ami megnehezítette, hogy a kutatók korai evolúciós történetüket rekonstruálni tudják.
Matt Friedman, a Michigani Egyetem paleontológusa szerint az eredmények arra mutatnak, hogy az állkapcsosok a nagy ordovíciumi diverzifikációs esemény eredményeként jöhettek létre, 485-445 millió éve, és sikeresen túlélték a földtörténet első tömeges kihalását 444 millió évvel ezelőtt, az ordovícium végén. A felfedezéseket a Nature-nek kommentáló szakember úgy véli, át kell gondolnunk mindazt, amit eddig az időszak tengeri ökoszisztémáiról tudtunk, még akkor is, ha a most leírt fosszíliák jellegeiről és precíz rendszertani helyükről élénk tudományos viták várhatók.
Páratlan lelőhely teljes egészében megmaradt sziluri halfosszíliákkal
Jou-an Csu és kollégái egy egészen különleges lelőhelyet írnak le tanulmányukban, ami Kína déli részén, Csungking város közelében található. A 436 millió éves, kora szilur időszaki üledéklerakódás teljes egészében megmaradt fosszíliái a szakemberek szerint páratlan részletességgel tárják fel a korai állkapcsosok evolúcióját.
Az állkapcsosok ma két, nagyon korán szétvált csoportra oszthatók, a cápákat és rájákat magában foglaló porcos halakra (Chondrichthyes), valamint csontos halakra (Osteichthyes), amihez evolúciós rendszertani értelemben a négylábúakat (Tetrapoda) is hozzásorolják.
A lelőhelyen a leggyakoribb hal a Xiushanosteus mirabilis, amelynek teljes testfelépítését több mint 20 fosszília alapján írták le a kutatók. A 436 millió éve élt állat meglehetősen apró volt, mindössze 3 centiméter hosszú, és nagyon különös jellegekkel rendelkezett. A Xiushanosteus az evolúciós rokonsági kapcsolatokat anatómiai bélyegek alapján meghatározó vizsgálat alapján egy páncélos őshal (Placodermi) volt, és egyszerre mutatott különböző páncélos őshal-alcsoportokra jellemző tulajdonságokat. A kutatók arra is felfigyeltek, hogy a hal koponyatetőjén két lemez lazán kapcsolódik egymáshoz, ami szerintük előrevetítheti ezeknek csontos halakban történő módosulását.
A rétegekből egy még apróbb, 2,2 centiméter hosszú hal is előkerült, amelyet Shenacanthus vermiformisnak neveztek el. Az evolúciós rokonságát feltáró filogenetikai vizsgálat alapján a hal egy korai, a mai porcos halakkal közeli rokon evolúciós oldalágat képviselt, amiket 50 millió évvel előzött meg. Bár testformája valóban a porcos halakra hasonlított, nagyobb, inkább páncélos őshalakra hajazó páncéllemezek borították, amiket eddig őslénykutatók még sosem láttak korai porcos halakon.
A kutatók szerint a két fosszília az állkapcsosok változatosságának eddig rejtve maradt növekedését mutatják a szilur időszak elején, és arra utalnak, hogy a porcos halak és páncélos őshalak testfelépítésének evolúciója is komplikáltabb volt, mint ahogy arra későbbi fosszíliákból eddig következtetni lehetett.
Már a szilurban változatosak voltak az állkapcsosok
Plamen Andreev és kollégái első tanulmányukban egy cápaszerű halat mutatnak be, a Fanjingshania renovata nevűt, amely egy Kujcsou tartományi lelőhelyről került elő. A rétegek itt 439 millió évesek, azaz 3 millió évvel ősibbek, mint a csungkingi lelőhelyen. A halat, amely ősibb minden eddigi egyben megtalált állkapcsos-fosszíliánál, kültakarójának és úszósugarainak maradványai alapján írták le. Ezek arra utalnak, hogy a fosszília jól illeszkedik a nemrégiben feltárt sziluri és devoni állkapcsos gerincesek sorába, amelyek elmossák a hagyományos határvonalat a csontos halak és porcos halak, valamint állkapcsos őseik közt.
Az ősi cápaszerű hal a Shenacanthushoz hasonlóan egy nagyon korai porcos hal volt, amelynek az úszóit tartó úszótövisei a tövises őscápákéra (Acanthodii) hasonlítanak. A kutatók szerint az egyedüli porcos hal volt, amely fogait csontos halakra jellemzően a régi fogak szöveteinek felszívódásával cserélhette le. Andreevék úgy vélik, a Fanjingshania az eddigi legerősebb bizonyítékot adja arra, hogy az állkapcsosok már a szilur kezdetén elterjedtek.
Andreev és munkatársai második tanulmányukban az eddig azonosított legősibb állkapcsosfogakról számolnak be. Ezek ugyanabból a geológiai formációból kerültek elő, egy 439 millió éve élt ősi porcos halból, a Qianodus duplicisből. A fogak jelentősége abban rejlik, hogy a kutatók szerint 14 millió évvel korábbra tolják az állkapocs és az ahhoz tartozó fogazat kialakulását.
Friedman szerint az a tény, hogy a Qianodust a Fanjingshaniával azonos kőzetlerakódásban találták meg, kérdéseket vethet fel arról, hogy valóban külön fajhoz tartoznak-e a maradványok, de azt nem kérdőjelezheti meg, hogy porcos halak fosszíliáiról van szó. A kutatókhoz hasonlóan úgy látja, hogy ez valóban az eddigi legbiztosabb bizonyítékot adja az állkapcsosok szilur elején lezajló elterjedésére.
Kiderült, hogyan alakult ki a két páros úszó, amikből aztán a négylábúak végtagjai lettek
Kaj Csekun és kollégái tanulmányukban a páros úszók evolúcióját világítják meg a Csungking közelében található, 436 millió éves lelőhelyről előkerült fosszíliák segítségével. A kutatók egy állkapocs nélküli halat, a Tujiaaspis vividust írták le, amely anatómiája alapján egy ősi, fejükön jellegzetes pajzsot viselő állkapocs nélküli halcsoporthoz, a Galeaspidák közé tartozott.
A Tujiaaspisnak nincsenek elkülönülő páros mellúszói (pectoral fins) és hasúszói (pelvic fins), helyette egybefüggő, szárnyszerű úszókkal (flaps) rendelkezik testének két oldalán. Ezek a szárnyszerű úszók a kutatók szerint más állkapocs nélküli halakra emlékeztetnek, és az evolúciós alapjait képezhetik a később megjelenő páros úszóknak.
Közel 390 millió évvel ezelőtt a mellúszókból jöttek létre a négylábúak mellső végtajai, míg a hasúszókból a hátsó végtagjaik. A Tujiaaspis- fosszília a szakemberek szerint igazolja, hogy ennél jóval korábban, az egybefüggő úszók az állkapcsosokban lépésről lépésre kezdhettek külön régiókra szétválni a fin-fold hipotézis értelmében, kialakítva először a mellúszókat, majd a hasúszókat. A Tujiaaspis különös úszói addig sem voltak haszontalanok.
A kutatók által lefuttatott folyadékdinamikai modellek ugyanis azt mutatják, hogy azok passzívan felhajtóerőt generáltak az állatoknak, azaz a jelleg már eleve evolúciósan adaptív lehetett. Friedman szerint egy fosszília még nem fogja lezárni a páros úszók evolúciós modelljeiről szóló vitákat, de fontos támpontot adhat annak feloldásához.
Friedman a négy tanulmányt összegezve úgy látja, hogy elsőre rejtélyesnek tűnhet a lelőhelyeken megtalált sziluri állkapcsosok változatossága. Ezt arra alapozza, hogy az állatok, legalábbis a mostaniakat megelőző felfedezések alapján, nem sok fosszíliát hagytak hátra. A paleontológus szerint ennek egy lehetséges megoldása az lehet, hogy az állkapcsosok elterjedése a szilur elején még földrajzilag és élőhelyileg is korlátozott lehetett.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
