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4億年以上前、奇妙であごのない魚が世界の海で泳いでいました。この魚は柔軟性のある骨格を持っていました - 今日の骨のようではなかった奇妙で骨のような素材 - その所有者が数百万年前に亡くなって以来分類に反抗しました。火曜日に、での研究 自然生態学と進化 私たちはついにそれが何であるかを考え出したと報告します。これは化石記録全体の中で最も古い骨の例です。
この古代の魚に見られる骨格物質 - heterostracansと呼ばれるグループの一部 - はアスピジンと呼ばれる、と著者らは結論しています。この材料は、マンチェスター大学の古生物学者である研究著者Joseph Keating博士は、骨、軟骨、象牙質、およびエナメル質の4つの組織タイプのいずれにも似ていないため、特徴付けることがほぼ不可能でした。それが今日の骨と歯を作り上げています。生物学者が以前にアスピジン化石を顕微鏡で調べたとき、彼らは十字に分かれた分岐構造を見つけることに当惑した。
私たちが今日知っている骨の種類は顕微鏡では交差しないので、アスピジンが実際に骨であるかどうかを判断するのは困難でした。 「160年間、科学者たちはアスピジンが石灰化組織の進化における移行期なのか疑問に思いました」とKeatingは言います。しかし、彼のチームによるヘテロストラカンの化石の詳細なX線写真は、それらがおそらく骨進化の非常に重要な段階を表しているという証拠を示しました。それはまさに最初の段階です。
骨の主成分は、コラーゲンのようなタンパク質の「有機マトリックス」です。それは一緒になって、ミネラルが付着することができる足場を形成し、そうでなければ海綿状の組織を硬くします。重要なことに、私たちが慣れ親しんだ骨の中では、このマトリックスは通常、 リニア 骨がミネラル化するために必要であると考えられています。
アスピジンは一見したところ交差した構造のため、マトリックスのミネラル成分は含まれていないと研究者らは以前に結論付けていた。言い換えれば、それは骨のように見えましたが、おそらくそうではありませんでした - おそらくミネラル化された骨の進化の前任者だけでした。
しかし、Keatingはアスピジンをさらに詳しく検討することにした。彼は、シンクロトロントモグラフィーと呼ばれる強力なX線を使用する技術を使用して、粒子加速器が必要であることを利用して、ヘテロストラカン骨格の化石の残骸をスキャンするのに100時間以上を費やしました。 Keatingは、スイスのPaul Scherrer Instituteで彼の粒子加速器を見つけました。そこで、彼はこれらの高品質X線を使ってこれらのアスピジン骨格の3次元モデルを構築しました。
これまで以上に詳しく見てみると、Keatingは、これまで非常に混乱していた危機的な交差がなくなったことを発見しました。 「これらのチューブは厳密に直線的であり、いかなる種類の分岐もないことがわかりました」と彼はのブログ記事に書いています。 自然 。 「以前の研究からの画像は、絡み合って重なり合ったチューブを通した2次元セクショニングの結果であるように見え、分岐のように見えます。」
3Dモデルは、チューブが実際には直線状であるが、ランダムに交差した方向に積み重ねられているように見えることを明らかにした。何十年もの間、彼は研究者が二次元X線で管を見たとき、それらが平らにされているように見え、彼らの本当の構造を示さなかった分岐パターンを形成した。重要なことに、著者らは、これらのチューブは、ミネラル化に寄与する足場タンパク質であるコラーゲンを収容していると指摘している。
「空間は線形形態を示すことを示しています」と著者らは書いている。 「代わりに、これらの空間は、ミネラルが堆積した足場を形成する固有のコラーゲン繊維束を表しています。したがって、アスピジンは無細胞真皮骨です。」
この微妙な区別は、人間に見られるようなミネラル化されたスケルトンが最初に進化した時を考え出すことに関して驚くべき結果をもたらします。これらの魚がミネラル化された骨格を持っていたことを単に示すことによって、このチームはその日付を数百万年前に設定しました：
ブリストル大学の共著者で古生物学者のPhil Donoghue博士は、次のように述べています。 「私たちは、それが実際には骨の一種であり、これらの組織はすべて何百万年も前に進化しているはずであることを示しています。」