Serce sprzed 380 milionów lat
Australijscy badacze odkryli najstarszą skamielinę serca u kręgowców. Pozostałości serca, płuc i kilku innych organów znaleziono w szczątkach ryb pancernych (plakoderm) dzięki zastosowaniu nowoczesnych metod obrazowania. Przy okazji wyjaśniła się zagadka – czy plakodermy miały płuca?
W wapiennych osadach w regionie Kimberley w Zachodniej Australii, niedaleko miasteczka Fitzroy Crossing znajdują się jedne z najlepiej zachowanych pozostałości po rafach, które powstały w morzu obecnym tam przed 400 milionami lat. Znaleźć w nich można niezmierzone ilości skamielin morskich zwierząt, w tym między innymi plakodermy, jedne z najdawniejszych ryb i jedne z najwcześniejszych przedstawicieli żuchwowców, czyli zwierząt wyposażonych w szczęki.
Plakodermy, czyli ryby pancerne, rządziły kiedyś morzami, rzekami i jeziorami. W okresie dewonu (419-359 milionów lat temu) była to najliczniejsza i najbardziej różnorodna gromada ryb. Całkowicie zniknęła jednak w czasie wymierania dewońskiego.
Badanie ryb pancernych ma znaczenie w paleontologii przede wszystkim dlatego, że umożliwia nam wgląd we wczesne etapy ewolucji kręgowców posiadających szczęki. Dowiadujemy się od nich wiele o tym, jak wyglądały pierwsze szczęki, zęby, parzyste kości czaszki, a także parzyste kończyny. Uczymy się też dzięki nim o początkowych etapach wewnętrznego zapłodnienia i żyworództwa u kręgowców.
Teraz do tego katalogu dodać można kolejną ważną lekcję. Zespół paleontologów pod kierownictwem prof. Kate Trinajstic z Curtin University opisał w czasopiśmie „Science” odkrycie najstarszych zachowanych organów wewnętrznych kręgowców. Serce i kilka innych organów pochodzi sprzed 380 milionów lat i jest aż o 250 milionów lat starsze niż dotąd znane skamieniałe serce kręgowca.
Jak dokonano odkrycia?
Skamieliny ryb z okolic Fitzroy Crossing zostały po raz pierwszy odkryte w latach 40. XX wieku. Dwadzieścia lat później opracowano i zastosowano technikę, w której przy pomocy słabego kwasu octowego oddzielić można było kości od skał i pokazać pierwsze trójwymiarowe skamieliny. Technika okazała się jednak mieczem obosiecznym – kwas, odkrywając elementy szkieletu, rozpuszczał przy tym wszystkie pozostałości tkanek miękkich. Ich obecność zauważono dopiero około 2000 roku. Większe odkrycia stały się dostępne dekadę później wraz z pojawieniem się metody rentgenowskiej zwanej mikrotomografią synchrotronową. Odkryto wtedy więcej tkanek, między innymi mięśnie szyi i brzucha.
– W naszej pracy wykorzystaliśmy tę samą technologię, aby po raz pierwszy dowieść obecności u dewońskich ryb wątroby, żołądka i jelit. Niektóre badane okazy miały nawet resztki ostatniego posiłku, skorupiaka – pisze prof. Trinajstic w „The Conversation”. – Skamieniałe miękkie narządy znaleźliśmy u ryb pancernych z rzędu zawiasowców. Były to najbardziej rozpowszechnione i różnorodne ze wszystkich znanych plakoderm, charakteryzujące się unikalnym połączeniem pancerza głowy i tułowia.
Serce ryby pancernej
Dzięki obrazowaniu synchrotronowemu udało się też znaleźć po raz pierwszy serce plakodermy. Niedługo później, dzięki eksperymentowaniu z techniką zwaną obrazowaniem neutronowym, badacze odkryli kolejne serce u innego gatunku rybny pancernej. Badaczy zainteresowało anatomiczne umiejscowienie serca.
– Życie w dewońskich morzach musiało być pełne napięcia – pisze Trinajstic – bo plakodermy dosłownie miały serce w gardle!
Na tamtym etapie ewolucji kręgowców szyja była tak krótka, że serce rzeczywiście znajdowało się z tyłu gardła, pod skrzelami. Ryby gatunków bardziej prymitywnych niż zawiasowce, takie jak minóg bezszczękowy, mają serce blisko wątroby, a przedsionki i komory znajdują się obok siebie. Zawiasowce miały serce wysunięte bardziej do przodu, a komory znajdowały się na jego szczycie, podobnie jak u współczesnych rekinów i ryb kostnoszkieletowych.
Dzisiaj prawie wszystkie kręgowce mają szczęki. Badanie ryb pancernych dostarczyło nam dowodów na to, że przesunięcie pozycji serca do przodu ma związek z ewolucją szczęk i szyi. To jednak nie wszystko – podkreślają naukowcy. Trzeba bowiem zauważyć, że taka zmiana pozycja serca umożliwiła u kręgowców rozwój płuc.
Czy plakodermy miały płuca?
Pytanie o obecność płuc u wczesnych żuchwowców to jedna z ciekawszych zagadek ewolucji kręgowców. U współczesnych ryb tylko pojedyncze gatunki mają płuca obok skrzeli i posługują się nimi po to, aby regulować wyporność i w ten sposób zanurzać się lub unosić na wodzie. Większość ryb kostnoszkieletowych używa do tego pęcherza pławnego, a u rekinów tę funkcję spełnia wątroba. Pewne wcześniejsze badania sugerowały jednak obecność płuc u wczesnych plakoderm rodzaju Bothriolepis. Tę kontrowersyjną tezę podważają badania prowadzone przez prof. Trinajstic.
– Nasze analizy zawiasowców pokazały jednak, że struktury, o których myślano, że to płuca to w istocie wątroba z dwoma płatami. Obecnie stoimy więc na stanowisku, że ryby pancerne nie miały płuc. Przemieszczenie serca umożliwił więc tylko powstanie płuc, ale dokonało się to dopiero na późniejszych etapach rozwoju. By uzyskać pływalność, plakodermy posługiwały się za pewne wątrobą, jak współczesne rekiny.
Badania źródłowe: K. Trinajstic et al., Exceptional preservation of organs in Devonian placoderms from the Gogo lagerstätte. Science. Vol. 377, Issue 6612. DOI: 10.1126/science.abf3289
Artykuł w pierwotnej formie został opublikowany w czasopiśmie „The Conversation”:
Tłumaczenie oparte jest na licencji Creative Commons. Grafiki wykorzystano za zgodą autorów.
