Publicerad idag, vår nya tidning beskriver en spektakulär 400 miljoner år gammal 3D-konserverad fossil fisk, Ligulalepis.

3D-anatomin hos den fossiliserade Ligulalepis-skallen avslöjar tidigare okända detaljer om mönstret av dermala skallben, formen på hjärnhålan, och andra mjukdelsfunktioner (som nerver och blodkärl) hos denna art.

Varför är vi så glada över att upptäcka strukturen hos en gammal fiskskalle? Eftersom Ligulalepis sitter i en mycket viktig position i ryggradsdjurets evolutionära träd.

Benfiskar – och vi

Fiskar är den mest olika gruppen av ryggradsdjur (ryggradsdjur) på planeten, med ungefär 30, 000 kända arter.

De allra flesta av dessa (cirka 98%!) är benfiskar eller osteichthyans. Dessa inkluderar de flesta fiskar vi gillar att äta, som lax, tonfisk och öring, såväl som fiskar vi håller som husdjur, som guldfiskar och guppies. Dessa kallas strålfenade fiskar (aktinopterygier) eftersom deras fenor stöds av beniga stavar som kallas fenstrålar.

Den andra stora gruppen benfiskar har robusta lobfenor (sarkopterygier), en grupp som innehåller levande lungfiskar och coelacanter, samt flera utdöda grupper.

Sarkopterygier är en viktig grupp eftersom de första fyrbenta landdjuren, tetrapoderna, utvecklats från dem. Idag kan vi betrakta alla levande tetrapoder (groddjur, reptiler, fåglar och däggdjur) som en undergrupp inom benfiskarna.

Ett spännande nytt fynd

Den första upptäckten av fisken som heter Ligulalepis var en liten fossil fiskskalle som hittades i kalksten nära Wee Jasper i New South Wales för cirka 20 år sedan.

Det har underblåst debatten kring tidig osteichthyan evolution sedan dess, utan någon tydlig lösning på var denna gåtfulla fisk sitter i släktträdet.

Sedan, för ungefär två år sedan, en andra skalle av denna fisk upptäcktes av en student vid Flinders University, Benedict King. Exemplaret hittades i samma kalkstenshällar nära Wee Jasper. Den bevarades också i 3D, men var ännu mer komplett än originalexemplaret.

Tidigare arbete av oss kände igen elektroreceptiva sensoriska gropar i denna skalle av Ligulalepis.

Skallens hemligheter

Både de gamla och nya skallarna var i fokus för vår nya tidning. Vårt team förberedde först det lilla nyare exemplaret (mindre än 2 cm långt) ur berget med hjälp av svag ättiksyra för att exponera benet, när karbonatstenen löstes upp.

Sedan använde vi mikrodatortomografi (CT) skanning för att visualisera skelettanatomin hos de två kända Ligulalepis-proverna. Kraftfulla röntgenstrålar passerar genom benen för att avslöja många dolda drag inuti skallen.

Skanningarna avslöjade en förvirrande blandning av karaktärer i skallarna på dessa fiskar. Vissa funktioner, som formen på de inre hörselgångarna, verkade tillhöra broskfiskar som hajar. Andra funktioner, som den övergripande formen på hjärnhöljet, var tydligt osteichthyan (benfisk) karaktärer.

Mönstret av ben som bildar skalltaket var ett oväntat primitivt drag som också sågs i en utdöd grupp käkfiskar som kallas placoderms.

CT-tekniken gjorde det möjligt för oss att rekonstruera hur hjärnhålan hos denna 400 miljoner år gamla fisk såg ut, gör det möjligt för oss att digitalt återställa hjärnformen för första gången (se video nedan).

Ett komplicerat släktträd

Innan vår detaljerade analys av denna skalle, vissa forskare ansåg att Ligulalepis var nära besläktad med strålfenade fiskar. Andra placerade den bredvid lobfenade fiskar.

En tredje tankeskola föreställde sig det ännu lägre ner på fiskens släktträd – och det är nära där vi nu har placerat det, på "stammen" av trädet som leder till de sanna osteichthyanerna.

Dess unika position på livets träd gör att Ligulalepis ger stor inblick i hur förfadern till de två stora strålningarna av benfiskar såg ut. Vidare, den detaljerade analysen av dess nyligen avslöjade karaktärer hjälper till att klargöra den tidiga evolutionära strålningen av alla djur med benskelett – inklusive oss människor.

Saknade fossiler

De flesta moderna fiskar är strålfenade fiskar (aktinopterygier), med cirka 29, 000 levande arter. Deras ursprung kan med säkerhet dateras tillbaka till Mellan Devon, för cirka 390 miljoner år sedan med fiskar som Cheirolepis från Skottland.

Men förekomsten av den relaterade gruppen "lobfenor" (sarkopterygier) är mycket äldre, med tidiga representanter för den gruppen som t.ex Guiyu , från Kina, daterad till cirka 430 miljoner år sedan. Detta tyder på att det finns vissa delar av den tidiga fiskfossilen som är dåligt förstådda.

Vårt fossil och de nya analyser vi har gjort hjälper till att lösa den stora frågan om hur förfadern till alla moderna benfiskar såg ut. Det illustrerar också sekvensen av förändringar som dessa tidiga fiskar gick igenom för att uppnå sin moderna "kroppsplan".

Också, våra analyser visar att Ligulalepis var den närmast kända arten till en speciell grupp av tidiga lobfenade fiskar som kallas "psarolepider" som bara är kända från Kina. Det stöder hypotesen att den första tidiga benfisken har sitt ursprung och strålade i Kina, migrerade sedan ut via East Gondwana (Australien och Antarktis), den del av den södra superkontinenten som ligger närmast de gamla kinesiska terrängerna.

Våra resultat visar att det evolutionära släktträdet för de första benfiskarna är mycket mer komplicerat än vi trodde, demonstrerar vikten av paleontologi för att hjälpa oss att mer exakt förstå vårt avlägsna ursprung.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.