Paleontologer vid University of Chicago har upptäckt det första detaljerade fossilet av en hagfish, den slemmiga, ål-liknande kadaver matare av havet. Det 100 miljoner år gamla fossilet hjälper till att svara på frågor om när dessa forntida, käklösa fiskar förgrenade sig från det evolutionära trädet från den härstamning som gav upphov till moderna käkade ryggradsdjur, inklusive benfiskar och människor.

fossilet, heter Tethymyxine tapirostrum, är en 12 tum lång fisk inbäddad i en platta av kalksten från krita från Libanon. Den fyller ett 100-miljoner år långt gap i fossilregistret och visar att hagfish är närmare släkt med den blodsugande lampreyen än med andra fiskar. Det betyder att både hagfish och lampreys utvecklade sin ålliknande kroppsform och märkliga matningssystem efter att de förgrenade sig från resten av ryggradsdjurets härkomst för cirka 500 miljoner år sedan.

"Detta är en stor omorganisation av släktträdet för alla fiskar och deras avkomlingar. Detta gör att vi kan sätta ett evolutionärt datum på unika egenskaper som skiljer hagfish från alla andra djur, " sa Tetsuto Miyashita, Ph.D., en Chicago-stipendiat vid institutionen för organismbiologi och anatomi vid UChicago som ledde forskningen. Resultaten publiceras denna vecka i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Den slemmiga döda giveawayen

Moderna hagfish är kända för sina bisarra, mardrömslikt utseende och unik försvarsmekanism. De har inga ögon, eller käkar eller tänder att bita med, men använd istället en taggig tungliknande apparat för att raspa köttet av döda fiskar och valar på havets botten. När man blir trakasserad, de kan omedelbart förvandla vattnet runt dem till ett moln av slem, täpper igen gälarna hos blivande rovdjur.

Denna förmåga att producera slem är vad som gav bort Tethymyxine-fossilet. Miyashita använde en avbildningsteknik som kallas synkrotronskanning vid Stanford University för att identifiera kemiska spår av mjukvävnad som lämnades kvar i kalkstenen när hagfish fossiliserades. Dessa mjuka vävnader bevaras sällan, det är därför det finns så få exempel på forntida hagfish-släktingar att studera.

Skanningen fick en signal för keratin, samma material som utgör fingernaglar hos människor. Keratin, som det visar sig, är en avgörande del av det som gör hagfish slime-försvaret så effektivt. Hagfish har en serie körtlar längs sina kroppar som producerar små paket av tätt hoprullade keratinfibrer, smörjs av mucus-y goo. När dessa paket träffar havsvatten, fibrerna exploderar och fångar vattnet inuti, förvandla allt till hajkvävande skit. Fibrerna är så starka att de när de torkat liknar sidentrådar; de studeras till och med som möjliga biosyntetiska fibrer för att göra kläder och andra material.

Miyashita och hans kollegor hittade mer än hundra koncentrationer av keratin längs fossilets kropp, vilket betyder att den forntida hagfishen förmodligen utvecklade sitt slemförsvar när haven inkluderade skrämmande rovdjur som plesiosaurier och ichthyosaurier som vi inte längre ser idag.

"Vi har nu ett fossil som kan trycka tillbaka ursprunget till den hagfish-liknande kroppsplanen med hundratals miljoner år, " sa Miyashita. "Nu, nästa fråga är hur detta förändrar vår syn på relationerna mellan alla dessa tidiga fisklinjer."

Skakar om ryggradsdjurets släktträd

Funktioner hos det nya fossila hjälper till att placera hagfish och deras släktingar på ryggradsdjurets släktträd. Förr, forskare har varit oense om var de hörde hemma, beroende på hur de tacklade frågan. De som enbart förlitar sig på fossila bevis tenderar att dra slutsatsen att hagfish är så primitiva att de inte ens är ryggradsdjur. Detta antyder att alla fiskar och deras avkomlingar från ryggradsdjur hade en gemensam förfader som – mer eller mindre – såg ut som en hagfish.

Men de som arbetar med genetiska data hävdar att hagfish och lampreys är närmare släkt med varandra. Detta tyder på att moderna hagfish och lampreys är de udda i ryggradsdjurens släktträd. Isåfall, det primitiva utseendet hos hagfish och lampreys är vilseledande, och alla ryggradsdjurs gemensamma förfader var förmodligen något mer konventionellt fiskliknande.

Miyashitas arbete förenar dessa två tillvägagångssätt, med hjälp av fysiska bevis på djurets anatomi från fossilen för att komma till samma slutsats som genetikerna:att hagfish och lamprey bör grupperas separat från resten av fiskarna.

"På sätt och vis, detta återställer agendan för hur vi förstår dessa djur, sa Michael Coates, Ph.D., professor i organismbiologi och anatomi vid UChicago och medförfattare till den nya studien. "Nu har vi ett viktigt bevis på att de är en grupp skild. Även om de fortfarande är en del av ryggradsdjurens biologiska mångfald, vi måste nu titta på hagfish och lampreys mer noggrant, och erkänner deras skenbara primitivitet som ett specialiserat tillstånd.

Paleontologer har alltmer använt sofistikerade bildtekniker under de senaste åren, men Miyashitas forskning är en av en handfull som hittills har använt synkrotronskanning för att identifiera kemiska grundämnen i ett fossil. Även om det var avgörande att upptäcka anatomiska strukturer i hagfish-fossilet, han tror att det också kan vara ett användbart verktyg för att hjälpa forskare att upptäcka färg eller lim som används för att försköna ett fossil eller till och med direkt förfalska ett exemplar. Varje försök att krydda ett fossilt exemplar lämnar kemiska fingeravtryck som lyser upp som juldekorationer i en synkrotronskanning.

"Jag är imponerad av vad Tetsuto har samlat här, " sa Coates. "Han har maximerat alla olika tekniker och tillvägagångssätt som kan tillämpas på detta fossil för att extrahera information från det, att förstå det och kontrollera det noggrant."