Wetenschap
Wetenschappers construeren organo-fosfatische schelpen van brachiopoden
Biogemineraliseerde kolommen, in lagen gestapeld als een sandwich, gaven Cambrische brachiopodenschelpen 520 miljoen jaar geleden hun kracht en flexibiliteit.
Om inzicht te krijgen in de evolutie en diversiteit van deze ingewikkelde, biogemineraliseerde zuilvormige architectuur heeft Dr. Zhang Zhiliang van het Nanjing Instituut voor Geologie en Paleontologie van de Chinese Academie van Wetenschappen, samen met medewerkers uit China en Zweden, voortreffelijk goed bewaarde fossielen onderzocht van enkele van de oudste families van linguliforme brachiopoden, wat nieuw fossiel bewijs oplevert voor het begrijpen van het biomineralisatieproces en de adaptieve evolutie van de voorouderlijke brachiopodaxa van het vroege Cambrium.
Het onderzoek is gepubliceerd in eLife .
Het Cambrium, een geologische periode van ongeveer een half miljard jaar geleden, was getuige van een van de meest intense uitbarstingen van dierlijke evolutie in de geschiedenis van de aarde. Gedurende deze tijd ontstonden de meeste groepen zeedieren die we vandaag de dag in de oceanen zouden herkennen en verspreidden zich over de hele wereld. Een van de belangrijkste vorderingen tijdens deze explosie van leven was de ontwikkeling van biogemineraliseerde schelpen.
Biomineralisatie, dat verwijst naar de biomineralisatie die organisch-anorganische samengestelde skeletten en schelpen produceert, is een proces dat de aard van het fossielenbestand van de aarde verandert door levende zachte organische weefsels te associëren met vaste aardmineralen.
Brachiopoden, bekend als ‘lampschalen’, zijn een van de meest succesvolle biogemineraliseerde diergroepen, die al meer dan 500 miljoen jaar overleven. De meeste diergroepen hebben slechts het vermogen om slechts één mineraal uit te scheiden, maar brachiopoden zijn unieke dieren omdat ze het vermogen hebben om twee verschillende mineralen uit te scheiden:calciumfosfaat en calciumcarbonaat.
Hoewel veel levende soorten brachiopoden calciumcarbonaatschelpen hebben, waren de calciumfosfatische linguliforme brachiopoden een van de eerste diergroepen die schelpen dragen die in het fossielenbestand voorkomen. Linguliform brachiopodenschelpen bestaan over het algemeen uit een organische matrix gecombineerd met calciumfosfaat (apatiet) mineralen. Linguliforme schelpen zijn ingewikkeld samengesteld uit microscopisch kleine cilindrische kolommen, maar de ontwikkeling en rol van deze microscopische kolommen in de evolutie van brachiopoden is onduidelijk.
In deze studie werden de fossiele monsters, waaronder Eoobolidae, Lingulellotretidae en Acrotretidae, verzameld uit de Cambrische Series 2 Shuijingtuo-formatie in het zuiden van Shaanxi en het westen van Hubei in Zuid-China – een regio die algemeen wordt beschouwd als een van de centra voor de oorsprong en vroege verspreiding van linguliforme brachiopoden.
De onderzoekers lieten zien dat de microscopisch kleine kolommen op elkaar werden gestapeld om een secundaire laag van de schaal te vormen, in wat de onderzoekers een 'gestapeld sandwichmodel' noemden (vanwege de gelijkenis met de dwarsdoorsnede van een sandwich). Deze gestapelde kolomvormige sandwicharchitectuur vergroot de taaiheid, flexibiliteit en het vermogen van de schaal om breuk te weerstaan door de ruimte tussen de kolommen te vullen met organisch materiaal, vergelijkbaar met de kolommen van gewapend beton die vaak worden gebruikt in de bouwconstructie.
"Dus veronderstellen we dat deze efficiënte en economische schaalarchitectuur waarschijnlijk een belangrijke rol heeft gespeeld in de evolutie van linguliforme brachiopoden," zei Zhang, "het zou verantwoordelijk kunnen zijn voor de bloei van acrotretides met fosfatische schaal in de tweede helft van het Cambrium, en de voortdurende diversificatie van brachiopoden tijdens het Grote Biodiversificatie-evenement 50 miljoen jaar later."