Levande hajar framställs ofta som spetsrovdjuren i det marina riket. Paleontologer har kunnat identifiera fossiler av deras utdöda förfäder som går tillbaka hundratals miljoner år till en tid känd som den paleozoiska perioden. Dessa tidiga "hajar", kända som acanthodians, borstade med ryggar. I motsats till moderna hajar utvecklade de beniga "rustningar" runt sina parade fenor.

En ny upptäckt av en ny art av akantodian från Kina överraskade forskare med sin antika. Fyndet är cirka 15 miljoner år före de tidigaste akantodiska kroppsfossilen och är den äldsta obestridda käkfisken.

Dessa fynd publicerades i Nature den 28 september.

Rekonstruerad från tusentals små skelettfragment, Fanjingshania, uppkallad efter den berömda UNESCO:s världsarvslista Fanjingshan, är en bisarr fisk med en yttre benig "rustning" och flera par fenryggar som skiljer den från levande käkfiskar, broskhajar och rockor. , och benig strål- och lobfenad fisk.

Undersökning av Fanjingshania av ett team av forskare från den kinesiska vetenskapsakademin, Qujing Normal University och University of Birmingham avslöjade att arten är anatomiskt nära grupper av utdöda taggiga "hajar" kollektivt kända som acanthodians. Till skillnad från moderna hajar har akantodianer hudförbeningar i axelregionen som förekommer primitivt hos käkfiskar.

De fossila resterna av Fanjingshania återfanns från benbäddsprover av Rongxi-formationen på en plats i Shiqian County i Guizhou-provinsen, södra Kina.

Dessa fynd presenterar konkreta bevis på en diversifiering av stora ryggradsdjursgrupper tiotals miljoner år före början av den så kallade "fiskarnas tidsålder" för cirka 420 miljoner år sedan.

Forskarna identifierade egenskaper som skiljer Fanjingshania från alla kända ryggradsdjur. Den har dermala axelbandsplattor som smälter samman som en enhet till ett antal ryggrader - bröst, prepectoral och prepectoral. Dessutom upptäcktes att de ventrala och laterala delarna av skulderplattorna sträcker sig till den bakre kanten av bröstfenorna. Arten har distinkta stamfjäll med kronor sammansatta av en rad tandliknande element (odontodes) prydda av diskontinuerliga nodosåsar. Speciellt är dentinutvecklingen registrerad i fjällen men saknas i andra komponenter i hudskelettet, såsom fenryggarna.

"Detta är den äldsta käkfisken med känd anatomi", säger professor Zhu Min från Institutet för ryggradsdjurspaleontologi och paleoantropologi (IVPP) vid den kinesiska vetenskapsakademin. "De nya uppgifterna gjorde det möjligt för oss att placera Fanjingshania i det fylogenetiska trädet hos tidiga ryggradsdjur och få välbehövlig information om de evolutionära stegen som leder till uppkomsten av viktiga ryggradsdjursanpassningar såsom käkar, sensoriska system och parade bihang."

Redan från början stod det klart för forskarna att Fanjingshanias axelgördel, med dess mängd fenryggar, är nyckeln till att fastställa den nya artens position i det evolutionära trädet hos tidiga ryggradsdjur. De fann att en grupp akantodianer, känd som climatiids, besitter det fulla komplementet av axelryggar som erkänns i Fanjingshania. Vad mer är, i motsats till normal utveckling av hudplattor, är pectorala förbeningar av Fanjingshania och climatiids sammansmälta med modifierade bålfjäll. Detta ses som en specialisering från det primitiva tillståndet hos käkade ryggradsdjur där benplattorna växer från ett enda förbeningscentrum.

Oväntat visar de fossila benen i Fanjingshania bevis på omfattande resorption och ombyggnad som vanligtvis förknippas med skelettutveckling hos benfiskar, inklusive människor.

"Denna nivå av hårdvävnadsmodifiering är oöverträffad i chondrichthyans, en grupp som inkluderar moderna broskfiskar och deras utdöda förfäder", säger huvudförfattaren Dr. Plamen Andreev, en forskare vid Qujing Normal University. "Det talar om större än vad man för närvarande förstår utvecklingsplasticiteten hos det mineraliserade skelettet vid början av diversifiering av käkfisk."

Resorptionsegenskaperna hos Fanjingshania är mest uppenbara i isolerade bålfjäll som visar tecken på tandliknande utgjutning av kronelement och avlägsnande av hudben från fjällbasen. Tunnsektionerade prover och tomografiskivor visar att detta resorptiva stadium följdes av avsättning av ersättningskronelement. Överraskande nog finns de närmaste exemplen på denna skelettombyggnad i tanden och hudtänderna (dentiklarna) hos utdöda och levande benfiskar. I Fanjingshania riktade resorptionen sig dock inte mot enskilda tänder eller dentiklar, som inträffade hos benfiskar, utan tog istället bort ett område som inkluderade tandben med flera fjäll. Denna speciella ersättningsmekanism påminner mer om skelettreparation än den typiska ersättningen av tand/dentikel hos käkade ryggradsdjur.

En fylogenetisk hypotes för Fanjingshania som använder en numerisk matris härledd från observerbara karaktärer bekräftade forskarnas initiala hypotes att arten representerar en tidig evolutionär gren av primitiva chondrichthyaner. Dessa resultat har djupgående implikationer för vår förståelse av när käftfisk uppstod eftersom de överensstämmer med morfologiska klockuppskattningar för åldern på den gemensamma förfadern till brosk- och benfiskar, och daterar den till cirka 455 miljoner år sedan, under en period som kallas Ordovicium.

Dessa resultat talar om för oss att frånvaron av obestridda rester av käkfiskar i ordoviciumåldern kan förklaras av underprover av sedimentsekvenser från jämförbar forntid. De pekar också på en stark bevarandeförspänning mot tänder, käkar och ledade ryggradsdjursfossiler i skikt som är samma med Fanjingshania.

"Den nya upptäckten ifrågasätter befintliga modeller av ryggradsdjurs evolution genom att avsevärt kondensera tidsramen för uppkomsten av käkade fiskar från deras närmaste käklösa förfäder. Detta kommer att ha en djupgående inverkan på hur vi bedömer evolutionära hastigheter hos tidiga ryggradsdjur och förhållandet mellan morfologiska och molekylära förändring i dessa grupper", säger Dr. Ivan J. Sansom från University of Birmingham. + Utforska vidare

Forntida fiskfjäll och ryggradständer delar ett embryonalt ursprung