Levende haaien worden vaak afgeschilderd als de toproofdieren van het mariene rijk. Paleontologen hebben fossielen kunnen identificeren van hun uitgestorven voorouders die honderden miljoenen jaren teruggaan tot een tijd die bekend staat als de paleozoïcum. Deze vroege 'haaien', bekend als acanthodians, zaten vol stekels. In tegenstelling tot moderne haaien ontwikkelden ze benige "pantser" rond hun gepaarde vinnen.

Een recente ontdekking van een nieuwe soort acanthodian uit China verraste wetenschappers met zijn oudheid. De vondst dateert ongeveer 15 miljoen jaar ouder dan de vroegste acanthodische lichaamsfossielen en is de oudste onbetwiste kaakvis.

Deze bevindingen zijn gepubliceerd in Nature op 28 september.

Fanjingshania, genoemd naar het beroemde UNESCO-werelderfgoed Fanjingshan, is gereconstrueerd uit duizenden kleine skeletfragmenten en is een bizarre vis met een extern benig "pantser" en meerdere paren vinstekels die hem onderscheiden van levende kaken, kraakbeenachtige haaien en roggen , en beenstraal- en lobvinvissen.

Onderzoek van Fanjingshania door een team van onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen, Qujing Normal University en de Universiteit van Birmingham onthulde dat de soort anatomisch dicht bij groepen uitgestorven stekelige "haaien" staat, gezamenlijk bekend als acanthodians. In tegenstelling tot moderne haaien hebben acanthodians huidverstarring van het schoudergebied die primitief voorkomen bij kaken.

De fossiele overblijfselen van Fanjingshania werden teruggevonden uit botbedmonsters van de Rongxi-formatie op een locatie in Shiqian County in de provincie Guizhou, Zuid-China.

Deze bevindingen vormen tastbaar bewijs van een diversificatie van grote gewervelde groepen tientallen miljoenen jaren vóór het begin van de zogenaamde "Age of Fishes", zo'n 420 miljoen jaar geleden.

De onderzoekers identificeerden kenmerken die Fanjingshania onderscheiden van alle bekende gewervelde dieren. Het heeft dermale schoudergordelplaten die als een eenheid samensmelten met een aantal stekels - borstvinnen, prepectoraal en prepelvic. Bovendien werd ontdekt dat de ventrale en laterale delen van de schouderplaten zich uitstrekken tot de achterste rand van de borstvinstekels. De soort heeft verschillende stamschalen met kronen die zijn samengesteld uit een rij tandachtige elementen (odontodes) versierd met onderbroken nodose-ruggen. Bijzonder is dat de ontwikkeling van het tandbeen wordt geregistreerd in de schubben, maar ontbreekt in andere componenten van het dermale skelet, zoals de vinstekels.

"Dit is de oudste kaakvis met bekende anatomie", zegt prof. Zhu Min van het Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology (IVPP) van de Chinese Academie van Wetenschappen. "Met de nieuwe gegevens konden we Fanjingshania in de fylogenetische boom van vroege gewervelde dieren plaatsen en de broodnodige informatie verkrijgen over de evolutionaire stappen die leidden tot de oorsprong van belangrijke aanpassingen van gewervelde dieren, zoals kaken, sensorische systemen en gepaarde aanhangsels."

Vanaf het begin was het de wetenschappers duidelijk dat Fanjingshania's schoudergordel, met zijn reeks vinstekels, de sleutel is om de positie van de nieuwe soort in de evolutionaire boom van vroege gewervelde dieren te bepalen. Ze ontdekten dat een groep acanthodians, bekend als climatiids, beschikt over het volledige complement van schouderstekels die in Fanjingshania worden herkend. Sterker nog, in tegenstelling tot de normale ontwikkeling van de huidplaat, zijn de borstbeenbeenderen van Fanjingshania en de klimatoïden versmolten tot gemodificeerde rompschalen. Dit wordt gezien als een specialisatie van de primitieve toestand van gewervelde dieren met kaken, waar de benige platen groeien vanuit een enkel ossificatiecentrum.

Onverwacht vertonen de fossiele botten van Fanjingshania tekenen van uitgebreide resorptie en hermodellering die typisch worden geassocieerd met de ontwikkeling van het skelet bij beenvissen, inclusief mensen.

"Dit niveau van hard weefselmodificatie is ongekend in chondrichthyans, een groep die moderne kraakbeenvissen en hun uitgestorven voorouders omvat," zei hoofdauteur Dr. Plamen Andreev, een onderzoeker aan de Qujing Normal University. "Het spreekt over een groter dan momenteel begrepen ontwikkelingsplasticiteit van het gemineraliseerde skelet bij het begin van de diversificatie van de kaken van vissen."

De resorptiekenmerken van Fanjingshania zijn het duidelijkst in geïsoleerde stamschalen die tekenen vertonen van tandachtig afstoten van kroonelementen en verwijdering van huidbot van de schaalbasis. Uit dunne coupes en tomografieplakken blijkt dat dit resorptiestadium werd gevolgd door afzetting van vervangende kroonelementen. Verrassend genoeg zijn de dichtstbijzijnde voorbeelden van deze skeletremodellering te vinden in het gebit en de huidtanden (tanden) van uitgestorven en levende beenvissen. In Fanjingshania was de resorptie echter niet gericht op individuele tanden of dentikels, zoals gebeurde bij beenvissen, maar verwijderde in plaats daarvan een gebied met meerdere schubben. Dit eigenaardige vervangingsmechanisme lijkt meer op skeletherstel dan op de typische vervanging van tanden/tanden bij gewervelde dieren met kaken.

Een fylogenetische hypothese voor Fanjingshania die een numerieke matrix gebruikt die is afgeleid van waarneembare karakters, bevestigde de aanvankelijke hypothese van de onderzoekers dat de soort een vroege evolutionaire tak van primitieve chondrichthyans vertegenwoordigt. Deze resultaten hebben diepgaande implicaties voor ons begrip van het ontstaan ​​van kaakvissen, aangezien ze overeenkomen met schattingen van de morfologische klok voor de leeftijd van de gemeenschappelijke voorouder van kraakbeen- en beenvissen, die dateren van ongeveer 455 miljoen jaar geleden, tijdens een periode die bekend staat als het Ordovicium.

Deze resultaten vertellen ons dat de afwezigheid van onbetwiste overblijfselen van kaakvissen van Ordovicium-leeftijd kan worden verklaard door onderbemonstering van sedimentsequenties van vergelijkbare oudheid. Ze wijzen ook op een sterke voorkeur voor het behoud van tanden, kaken en gearticuleerde fossielen van gewervelde dieren in lagen die even oud zijn als Fanjingshania.

"De nieuwe ontdekking stelt bestaande modellen van de evolutie van gewervelde dieren in twijfel door het tijdsbestek voor de opkomst van kaakvissen van hun naaste kaakloze voorouders aanzienlijk te verkorten. Dit zal een grote impact hebben op hoe we de evolutiesnelheid van vroege gewervelde dieren en de relatie tussen morfologische en moleculaire verandering in deze groepen,” zei Dr. Ivan J. Sansom van de Universiteit van Birmingham. + Verder verkennen

Oude vissenschubben en gewervelde tanden delen een embryonale oorsprong