Uitgestorven wezens vullen een raadselachtige leemte in het fossielenarchief

Onderzoek onthult yunnanozoa als de oudste bekende gewervelde stamdieren.

De nieuwe bevindingen beantwoorden vragen in het fossielenbestand.

De verbijsterende kloof in het fossielenbestand dat de evolutie van ongewervelde dieren in gewervelde dieren zou verklaren, heeft wetenschappers lang in verwarring gebracht. Gewervelde dieren delen unieke kenmerken, zoals een ruggengraat en een schedel, en omvatten vissen, amfibieën, reptielen, vogels, zoogdieren en mensen. Aan de andere kant zijn ongewervelde dieren dieren die geen ruggengraat hebben.

Het evolutionaire proces dat ongewervelde dieren ertoe bracht om gewervelde dieren te worden – en hoe die vroege gewervelde dieren eruit zagen – is al eeuwenlang een mysterie voor wetenschappers.

Een team van wetenschappers heeft nu onderzoek gedaan naar yunnanozoa, uitgestorven wezens uit de vroege Cambrische periode (518 miljoen jaar geleden), en heeft bewijs gevonden dat dit de oudst bekende stamachtige gewervelde dieren zijn. Stamgewervelden is een term die verwijst naar die uitgestorven gewervelde dieren, maar ze zijn nauw verwant aan levende gewervelde dieren.

De wetenschappers van het Nanjing Institute of Geology and Paleontology, de Chinese Academy of Sciences en de Nanjing University publiceerden hun bevindingen op 7 juli 2022 in het tijdschrift. Wetenschappen.

Stam gewervelde Yunanozoan. Krediet: Fangchen Zhao

In de loop der jaren hebben onderzoekers bestudeerd hoe gewervelde dieren evolueerden, maar de belangrijkste focus van het onderzoek was de faryngeale bogen. Dit zijn de structuren die delen van het gezicht en de nek produceren, zoals spieren, botten en bindweefsel. Wetenschappers hebben de hypothese geopperd dat de faryngeale boog is geëvolueerd van een niet-verbonden kraakbeenachtige staaf in de voorouders van gewervelde dieren, zoals de chordaten, een naaste verwant van de ongewervelde dieren van gewervelde dieren. Het was echter niet met zekerheid bekend of een dergelijke anatomie daadwerkelijk bestond in de oude voorouders.

In een poging om de rol van de faryngeale boog in oude gewervelde dieren beter te begrijpen, bestudeerde het onderzoeksteam de fossielen van de Greekosan-weekdieren in de provincie Yunnan, China. Jarenlang hebben onderzoekers yananozoën bestudeerd, met wisselende conclusies over hoe de anatomie van het wezen moet worden geïnterpreteerd. Over de affiniteit van yunnanozoa wordt al bijna drie decennia gedebatteerd, met talloze gepubliceerde onderzoekspapers die verschillende meningen ondersteunen, waaronder vier in de natuur temperen En de Wetenschappen.

Het onderzoeksteam ging op zoek naar de nieuw verzamelde fossielen van de yunnanozoan op voorheen onontgonnen manieren en voerde een anatomische en infrastructurele studie met hoge resolutie uit. De 127 monsters die ze bestudeerden bevatten goed bewaarde koolstofresten waardoor het team ultrastructurele waarnemingen en gedetailleerde geochemische analyses kon uitvoeren.

Het team paste röntgenmicroscopie, scanning-elektronenmicroscopie, transmissie-elektronenmicroscopie, Raman-spectroscopie, Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie en energiedispersieve röntgenspectroscopie toe op de fossiele specimens. Hun studie bevestigde op meerdere manieren dat yunnanozoa cellulair kraakbeen in de keelholte hebben, een kenmerk dat als specifiek wordt beschouwd voor gewervelde dieren. De bevindingen van het team ondersteunen dat yunnanozoa stamachtige gewervelde dieren zijn. De resultaten van hun onderzoek laten zien dat de Grieken de oudste en meest primitieve verwanten zijn van de gewervelde dieren van de kroongroep.

Tijdens hun studie merkte het team op dat alle zeven faryngeale bogen in de Yonanozoan-fossielen op elkaar lijken. Alle beugels hebben bamboe-achtige latten en touwtjes. Alle aangrenzende bogen zijn verbonden door dorsale en ventrale horizontale staven die een mand vormen. Het mandachtige faryngeale skelet is een kenmerk dat tegenwoordig wordt aangetroffen in levende, kaakloze vissen, zoals prikken en slijmprikken.

Er zijn twee soorten faryngeale skeletten – mandachtige en geïsoleerde soorten – in Cambrische en levende gewervelde dieren. Dit betekent dat de vorm van faryngeale skeletten een veel complexere vroege evolutionaire geschiedenis heeft dan eerder werd gedacht, zei Tian Qingyi, eerste auteur van de studie, van Nanjing University en Nanjing Institute of Geology and Paleontology, Chinese Academy of Sciences.

Hun onderzoek leverde het team nieuwe inzichten op in de gedetailleerde structuren van faryngeale bogen. De nieuwe anatomische waarnemingen die het team in hun onderzoek deed, ondersteunen de evolutionaire positie van ionozoën in het zeer basale deel van de levensboom van gewervelde dieren.

Referentie: “Basisstructuur onthult voorouderlijk skelet van gewervelde dieren in yunnanozoans” door Qingyi Tian, ​​​​Fangchen Zhao, Han Zeng, Maoyan Zhou en Baoyu Jiang, 7 juli 2022, hier beschikbaar. Wetenschappen.
DOI: 10.1126 / science.abm2708

Het onderzoeksteam omvat Chengyi Tian van Nanjing University (NJU) en Nanjing Institute of Geology and Paleontology, Chinese Academy of Sciences (NIGPAS). Fangchen Zhao en Han Zeng van NIGPAS; Maoyan Zhu van NIGPAS en de Universiteit van de Chinese Academie van Wetenschappen; en Baoyu Jiang van NJU.

Dit onderzoek werd gefinancierd door het Strategic Priority Research (B) Program van de Chinese Academy of Sciences en de National Science Foundation of China.