Käyttämällä huipputeknologiaa tutkijat rekonstruoivat sukupuuttoon kuolleen leuattoman kalan sydämen, aivot ja evät. He paljastivat hämmästyttäviä yksityiskohtia selkärankaisten evoluutiosta.
Sisällysluettelo
Kansainvälinen tutkijaryhmä on digitaalisesti rekonstruoinut sukupuuttoon kuolleen leuattoman kalan Norselaspisin sydämen, aivot ja evät. Kala eli merissä yli 400 miljoonaa vuotta sitten. Tämä läpimurtotutkimus, jonka esitteli Chicagon yliopisto ja julkaistiin Nature-lehdessä, paljasti aiemmin primitiiviseksi katsotun olennon monimutkaiset anatomiset piirteet, mikä kyseenalaistaa perinteiset käsitykset selkärankaisten evoluutiosta.
Löytö perustuu Norselaspis -fossiiliin, joka löydettiin vuonna 1969 retkellä Norjan arktiselle Spitsbergenin saaristoon. Vain 1,25 senttimetrin pituinen (noin aikuisen kynnen kokoinen) fossiili, joka oli säilynyt hiekkakivessä, säilytettiin vuosikymmeniä varastoissa, kunnes ryhmä, jota johti Michael Coates Chicagon yliopistosta ja paleobiologi Tetsuto Miyashita Kanadan luonnontieteellisestä museosta, pystyi tekemään sen perusteellisen analyysin.
Analyysi tehtiin Paul Scherrer -instituutissa Sveitsissä, jossa näyte skannattiin kerroksittain synkrotronisella röntgenmikrotomografialla. Tuhansien tuntien digitaalisen rekonstruoinnin jälkeen tutkijat saivat kolmiulotteisia kuvia, joissa luut, elimet ja lihakset olivat säilyneet yksityiskohtaisuudella, jota ei ole koskaan aiemmin havaittu tämän ikäisissä fossiileissa.
Miksi tämä muutos on merkittävä selkärankaisten evoluution tutkimuksessa
Nature-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa kuvataan yksityiskohtaisesti, että vaikka Norselaspisilla ei ollut leukoja, sillä oli jo kehittynyt voimakas sydän ja laajentuneet verisuonet, rakenteet, joiden on tähän asti uskottu esiintyvän vain leuallisten kalojen. Miyashita selitti, että vertailun vuoksi ”Norselaspisilla oli hain sydän nahkansa alla”, joka on sammakkomaista kalaa muistuttava kala. Lisäksi tiimi tunnisti seitsemän lihasta, jotka ohjasivat eläimen silmiä, yksi enemmän kuin ihmisellä, sekä suhteettoman suuret sisäkorvat. ”Jos Norselaspis olisi meidän kokoisemme, sen sisäkorvat olisivat avokadon kokoiset ja sydän yhtä suuri kuin cantaloupe-meloni”, Miyashita havainnollisti Chicagon yliopiston keräämissä lausunnoissa.
Norselaspisin evät olivat myös huomionarvoiset. Ne olivat sijoitettu kulmaan ja kidusten taakse, mikä mahdollisti kalalle nopeat liikkeet, kuten käännökset, pysähtymiset ja kiihdytykset. Kuitenkin, kun otetaan huomioon leukojen ja hampaiden puuttuminen, tutkijat uskovat, että nämä rakenteet eivät olleet tarkoitettuja metsästykseen, vaan pikemminkin saalistajien väistämiseen. Tällainen vuorovaikutus leukojen ja leukattomien lajien välillä saattoi edistää monimuotoisuuden räjähdysmäistä kasvua varhaisissa valtamerissä.
Coates totesi Chicagon yliopiston lausunnossa, että ”kun leuat kehittyivät tässä kontekstissa, syntyi perustavanlaatuinen yhdistelmä aisti-, uinti- ja ravintoketjujärjestelmiä, mikä lopulta johti devonikautisten kalojen poikkeukselliseen monimuotoisuuteen ja lukumäärään”.3D-rekonstruktio paljasti silmän lihakset ja sisäkorvan, jotka ovat kooltaan verrattavissa nykyisten lajien lihaksiin. Kuvassa tutkija Tetsuto Miyashita pitelee suurennettua 3D-rekonstruktiota Norselapsiksen aivoista ja aistinelimistä
Katsaus evoluution aikajanaan ja fossiilin historialliseen kontekstiin
Norselaspis-löytö avaa uusia mahdollisuuksia ymmärtää leukattomien kalojen anatomiaa, mutta se myös pakottaa tarkistamaan yleisesti hyväksyttyä selkärankaisten evoluution kronologiaa. Perinteisesti on ajateltu, että leukojen ilmaantuminen edelsi raajojen ja muiden monimutkaisten rakenteiden kehittymistä. Fossiilien analyysi kuitenkin osoittaa, että jotkut näistä ominaisuuksista olivat olemassa jo ennen leukojen ilmestymistä. Coates korosti tällaisten löytöjen merkitystä toteamalla, että ”meillä ei ole ollut paleontologisen historian hetkenkuvia, jotka auttaisivat meitä analysoimaan keskeisiä tapahtumia ja rekonstruoimaan muutosten luonnetta ja suuntaa”.
Fossiilin historiallinen konteksti lisää tutkimukseen vielä yhden mielenkiintoisen ulottuvuuden. Vuonna 1969 löydetty norseolaspis-kallo säilytettiin vuosikymmeniä paleontologisessa arkistossa, kunnes teknisen kehityksen ansiosta sen yksityiskohtainen analysointi tuli mahdolliseksi. Synkrotron-röntgenmikrotomografian käyttö oli avainasemassa fossiilin sisäisen rakenteen paljastamisessa sitä vahingoittamatta, mikä mahdollisti tutkijoiden luoda ”digitaalisen atlaksen” tästä olennosta. Miyashita korosti, että tämän teknologian ansiosta ”tiedämme nyt norselaspisista enemmän kuin monista nykyisistä kaloista”.
Anatominen analyysi sai tutkijat myös miettimään uudelleen selkärankaisten olkapäiden ja kaulan evoluutioteorioita. He huomasivat, että Norselaspis -lajin olkapäähän liittyvä hermo oli erillään kiduksiin johtavista hermoista, mikä viittaa siihen, että nelijalkaisten olkapäät kehittyivät uudeksi rakenteeksi, joka liittyi kaulaan ja erotti vartalon päästä. Kun useimmilla leuatonilla kaloilla vartalo ulottui päähän asti, leuallisten selkärankaisilla kehittyi sekä kaula että kurkku. Norselaspis on Nature -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan välimuoto, joka on verrattavissa ihmiseen, jonka kädet kasvavat poskien takaa.
Näistä saavutuksista huolimatta tutkijat myöntävät, että leukojen muodostumista aiheuttaneet tekijät eivät ole vielä täysin selvitettyjä. Norselaspis on esimerkki siitä, että selkärankaisten evoluutio oli monimutkainen prosessi, joka kesti useita vaiheita ja sisälsi odottamattomia sopeutumisia .
Selkärankaisten evoluutiopolku ei suinkaan ollut suora siirtymä, vaan se oli täynnä erilaisia anatomisia ratkaisuja ja haarautumia, kuten Miyashita itse osoittaa viittaamalla siihen, että muutos pohjan saalistajasta hallitsevaksi metsästäjäksi ei ollut lineaarinen eikä yksinkertainen prosessi.
