In de kalksteenketens van de Kimberley-regio in West-Australië, in de buurt van de stad Fitzroy Crossing, vindt u een van 's werelds best bewaarde oude rifcomplexen.

Hier liggen de overblijfselen van talloze prehistorische zeedieren, waaronder placoderms, een prehistorische klasse van vissen die enkele van onze vroegste voorouders met kaken vertegenwoordigt.

Placoderms waren de heersers van de oude zeeën, rivieren en meren. Ze waren de meest voorkomende en diverse vissen van het Devoon (419-359 miljoen jaar geleden) - maar stierven aan het einde uit in een massale uitstervingsgebeurtenis.

Het bestuderen van placodermen is belangrijk omdat ze inzicht geven in de oorsprong van het lichaamsplan van de gewervelde gewervelde dieren (gewervelde dieren zijn dieren met ruggengraat). Placoderms hebben bijvoorbeeld onthuld wanneer de eerste kaken, tanden, gepaarde schedelbotten en gepaarde ledematen evolueerden. Ze hebben ons ook geleerd over de oorsprong van interne bevruchting en levende geboorte in de evolutie van gewervelde dieren.

Nu, in een paper gepubliceerd in Science , beschrijven we onze bevindingen van het oudste driedimensionaal bewaarde hart van een gewerveld dier - in dit geval een gewerveld dier met kaken. Dit placodermhart is ongeveer 380 miljoen jaar oud en 250 miljoen jaar ouder dan het vorige oudste gewervelde hart.

Hoe hebben we het gedaan?

Visfossielen uit de buurt van Fitzroy Crossing werden voor het eerst gemeld vanaf Gogo Station in de jaren 1940. Maar pas in de jaren zestig werden prachtige 3D-conserveringen onthuld, met behulp van een techniek die steen uit botten verwijdert met zwak azijnzuur.

Deze techniek bleek echter een tweesnijdend zwaard te zijn. Terwijl de fijne details van het benige skelet werden blootgelegd, losten de zachte weefsels in de fossielen op. Pas in 2000 werden de eerste stukken gefossiliseerde spieren geïdentificeerd in placodermen.

Met de komst van een röntgenmethode genaamd "synchrotron-microtomografie" - voor het eerst gebruikt op de Gogo-fossielen in 2010 - werden meer spieren onthuld van de Gogo-placodermen, waaronder nek- en buikspieren.

Ons werk gebruikte dezelfde technologie om voor het eerst de aanwezigheid van een lever, maag en darmen in een Devoon-vis aan te tonen. Sommige exemplaren vertoonden zelfs resten van hun laatste maaltijd:een schaaldier.

We vonden de zachte organen gefossiliseerd in een orde van placodermen die arthrodires worden genoemd. Dit waren de meest voorkomende en diverse van alle bekende placodermen, gekenmerkt door een unieke verbinding tussen hun hoofd- en romppantser.

Het hart van het placoderm

De meest opwindende vondst voor ons was het hart. We hebben ons eerste placoderm-hart gevonden met behulp van synchrotron-verbeelding.

Toen we experimenteerden met een technologie die neutronenbeeldvorming wordt genoemd, ontdekten we een tweede hart in een ander exemplaar.

Het leven in de Devoon-zeeën moet zenuwslopend zijn geweest, want placoderms hadden letterlijk hun hart in hun mond!

Op dit punt in de evolutie van gewervelde dieren was de nek zo kort dat het hart zich achter in de keel en onder de kieuwen bevond.

Vissen die nog primitiever zijn dan geleedpotigen, zoals de kaakloze lamprei, hebben hun hart dicht bij hun lever. En de kamers van het hart (het atrium en de ventrikel genoemd) zitten naast elkaar.

Aan de andere kant hadden arthrodire placoderms het hart in een meer naar voren (anterieure) positie, aan de achterkant van de keel. En het atrium zat bovenop het ventrikel - vergelijkbaar met haaien en beenvissen vandaag.

Tegenwoordig heeft 99% van alle levende gewervelde dieren kaken. Arthrodires leveren het eerste anatomische bewijs om de hypothese te ondersteunen dat, bij gewervelde dieren met kaken, het verplaatsen van het hart naar een meer voorwaartse positie verband hield met de evolutie van kaken en een nek.

Maar dat is niet alles. Deze beweging van het hart zou ook ruimte hebben gemaakt voor de ontwikkeling van de longen.

Dus hadden placodermen longen?

Een van de meest uitdagende evolutionaire vragen van vandaag is of longen aanwezig waren in de vroegste gewervelde dieren met kaken. Hoewel vissen kieuwen hebben, kan de aanwezigheid van longen bij sommige vissen helpen bij het drijfvermogen, dat nodig is om te zinken en in het water te stijgen.

Tegenwoordig zijn longen alleen aanwezig in primitieve beenvissen zoals longvissen en Afrikaanse rietvissen.

Meer geavanceerde beenvissen (zoals de teleosten) blijven drijven met behulp van een zwemblaas, terwijl haaien geen longen of zwemblaas hebben en in plaats daarvan een grote leververvetting gebruiken om te helpen bij het drijfvermogen.

Maar hoe zit het met oude placodermen? Eerdere studies (die enigszins controversieel waren) suggereerden dat longen aanwezig waren in een primitief placoderm genaamd Bothriolepis.

Onze analyse van de geleedpotigen van Gogo onthult dat de structuren waarvan men denkt dat ze longen zijn in Bothriolepis in feite een lever met twee lobben zijn, dus men denkt nu dat longen ontbraken in placodermen.

Onze ontdekking toont dus een enkele oorsprong voor longen in beenvissen (osteichthyans). De beweging van het hart naar een voorwaartse positie van kaakloze vissen (Cyclostomata) zou ruimte hebben gegeven aan de longen om zich in latere geslachten te ontwikkelen.

De afwezigheid van longen in placodermen suggereert dat deze vissen voor hun drijfvermogen afhankelijk waren van hun lever, zoals moderne haaien doen.

Een cruciale site

Het behoud van organen is een race tegen de klok. In sommige gevallen zal de ontbinding van een dier het behoud van de weke delen bevorderen, maar te veel ontbinding en de zachte weefsels vervallen. Voor een uitstekende bewaring moet de balans precies goed zijn.

In het gefossiliseerde hart vonden we dat het atrium en de ventrikels duidelijk zichtbaar zijn, terwijl de conus arteriosus - een deel van het hart dat het bloed van het ventrikel naar de slagaders leidt - niet zo goed bewaard is gebleven.

In staat zijn om deze ontdekkingen te doen voordat ze voor altijd verloren zijn, is cruciaal als we de vroege evolutie van gewervelde dieren volledig willen begrijpen, inclusief de oorsprong van het menselijk lichaamsplan.

Dus naast onze directe bevindingen, heeft ons werk het belang van de Gogo-site in de Kimberley als een van 's werelds belangrijkste sites voor het uitvoeren van dit werk versterkt. + Verder verkennen

380 miljoen jaar oud hart verlicht evolutionaire geschiedenis

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.