Veel wezens kunnen elektrische velden gebruiken om te communiceren, roofdieren detecteren of hun prooi verdoven met krachtige elektrische schokken, maar hoe dit vermogen tot stand kwam, was een mysterie.

Onze nieuwe krant, deze week gepubliceerd in het tijdschrift paleontologie , beschrijft hoe deze elektroreceptie mogelijk is geëvolueerd in de vroegste dieren met een ruggengraat.

Het onthult ook hoe volledig nieuwe soorten sensorische organen aanwezig waren in de oude verwanten van haaien en beenvissen, de uitgestorven placoderm vissen.

Wat is elektroreceptie en hoe werkt het?

Haaien zijn het affichekind voor elektroreceptie. Sommige soorten zijn zo gevoelig voor elektrische velden dat ze de lading kunnen detecteren van een enkele zaklampbatterij die is aangesloten op elektroden 16, 000 km uit elkaar. Van grote witte haaien is bekend dat ze reageren op ladingen van een miljoenste volt in water.

De elektroreceptoren (bekend als ampullen van Lorenzini) zijn met gelei gevulde buizen die openen op het oppervlak van de huid van haaien. Binnenkant, elke buis eindigt in een bol die bekend staat als de ampulla. Als je de huid van de kop van een haai verwijdert, honderden van deze bollen zijn te zien.

De gelei in de buis is zeer geleidend, waardoor de elektrische potentiaal bij de porieopening kan worden overgedragen naar de ampulla aan de basis van de buis. Spanningsverschillen over het membraan dat elke ampulla bekleedt, veroorzaken vervolgens dat zenuwen worden geactiveerd, signalen naar de hersenen sturen.

Elektroreceptoren worden meestal gebruikt om prooien te vangen, door de detectie van elektrische velden die door de prooi worden gegenereerd. Bijvoorbeeld, hierdoor kunnen haaien een prooi vinden die verborgen is in het zand.

Sommige vissen hebben ook complexe elektrocommunicatie ontwikkeld, waarmee ze communiceren door de detectie van elektrische signalen die door andere vissen worden geproduceerd.

Hoewel vooral bekend van haaien, elektroreceptie is ook bekend in verschillende obscure groepen vissen, inclusief longvissen, coelacanthen, de bizarre chimaeriden, en de oude kaakloze prikken.

In feite, elektroreceptie is verrassend wijdverbreid bij gewervelde dieren, wat ons ertoe bracht om te zoeken naar zijn aanwezigheid in de voorouders van levende vissen door oude fossielen te bestuderen.

Fossiel bewijs voor elektroreceptie

Met CT-scans met hoge resolutie konden we goed bewaarde fossielen "digitaal ontleden" en sensorische systemen onthullen die in de botten zijn bewaard. Een van de bekendste sensorische systemen in fossiele vissen is het zijlijnsysteem, die drukveranderingen in water detecteert. Vissen gebruiken dit systeem om als groep van richting te veranderen zonder tegen elkaar aan te botsen wanneer ze in een school zwemmen.

Maar rond het zijlijnsysteem in sommige fossiele vissen was nog een reeks kleine gaatjes. CT-scans onthulden dat hun interne structuur vergelijkbaar was met elektroreceptoren in levende vissen, en de positie van de poriën komt overeen met de verdeling van elektroreceptoren in levende longvissen.

Een complex systeem van vertakkende buizen (hieronder) lijkt zenuwen aan de elektroreceptoren te hebben geleverd.

Deze oude elektroreceptorsystemen lijken bijzonder uitgebreid te zijn in fossiele longvissen. Longvissen zijn een oude groep, die nog steeds in Australië leven, Afrika en Zuid-Amerika. Uitzonderlijk geconserveerde 400 miljoen jaar oude fossiele longvissen uit Australië hadden snuiten die bedekt waren met een dichte reeks van deze elektroreceptoren.

Andere fossielen uit dezelfde periode laten zien dat elektroreceptorsystemen behoorlijk divers kunnen zijn geweest. Bijvoorbeeld, nog een oude vis, gerelateerd aan de straalvinnige vissen genaamd Ligulalepis , heeft een reeks grote putten die breder worden aan de basis, die clusters van elektroreceptoren kunnen vertegenwoordigen.

Het blijkt nu dat tijdens de vroege evolutie van gewervelde dieren, elektroreceptorsystemen waren divers en gingen door een periode van experimenteren.

Sommige van deze vroege experimenten waren succesvol en blijven vandaag bestaan. Bijvoorbeeld, de coelacant ( Latimeria ) is een unieke lobvinvis die nauwer verwant is aan landdieren dan de meeste andere vissen. Het heeft een gespecialiseerd elektroreceptororgaan, het rostrale orgaan, verzonken in zijn hersenpan. Dit wordt gebruikt om prooien te detecteren die verborgen zijn in kleine spleten wanneer de coelacanth zijn karakteristieke "kopstand" uitvoert.

Onbekende nieuwe sensorische systemen

Onze studies onthulden ook voorheen onbekende sensorische systemen in de placoderm-vissen, een uitgestorven groep die ecosystemen tussen ongeveer 420 miljoen en 360 miljoen jaar geleden domineerde. Deze sensorische systemen lijken volledig uniek te zijn, hoewel ze niet lijken op elektroreceptoren.

Deze omvatten grote putjes aan de onderkant van de wang, die we "Young's device" hebben genoemd ter ere van de Australische placoderm-onderzoeker Dr. Gavin Young, die ze voor het eerst in detail illustreerde aan de hand van 3D-fossielen die werden gevonden in de buurt van Burrinjuck Dam.

Hoewel we niet kunnen bevestigen waarvoor ze werden gebruikt, het feit dat deze putjes een zenuwdoorgang door het bot laten zien, suggereert dat ze misschien een soort ongewoon sensorisch systeem hebben gehuisvest.

Hoe meer we de oude kaken placodermen bestuderen, hoe meer we erover ontdekken dat gewoon niet overeenkomt met de voorspellingen van de vroege onderzoekers die dachten dat ze in wezen haaienachtig waren.

Onlangs ontdekten we dat de oudste leden van de groep kaken en jukbeenderen hadden die vergelijkbaar waren met vroege beenvissen (osteichthyans). Placoderms onthulden ook de oorsprong van het gewervelde gezicht, hoe geslachtsorganen zich voor het eerst ontwikkelden en wanneer de copulatie van gewervelde dieren ontstond.

De onverwachte ontdekking van nieuwe soorten sensorische systemen stuurt ook een evolutionair signaal dat ze niet haaienachtig zijn en inderdaad heel verschillend in de manier waarop ze hun omgeving waarnamen.

Onze studie van deze fascinerende vissen gaat verder naarmate er meer verbluffende 3-D placoderm-fossielen worden gevonden op Australische locaties, en bereid met behulp van digitale en CT-tomografische methoden. Hier in Australië wordt gewerkt aan nieuwe informatie over de anatomie van deze vissen die nog nooit eerder was gedacht.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.