I kalkstensområdena i västra Australiens Kimberley-region, nära staden Fitzroy Crossing, hittar du ett av världens bäst bevarade antika revkomplex.

Här ligger resterna av otaliga förhistoriska marina djur, inklusive placoderms, en förhistorisk klass av fiskar som representerar några av våra tidigaste käkade förfäder.

Placoderms var härskare över de gamla haven, floder och sjöar. De var de mest rikliga och mångsidiga fiskarna under devonperioden (419–359 miljoner år sedan) - men dog ut i slutet i en massutrotning.

Att studera placoderms är viktigt eftersom de ger insikt i ursprunget till ryggradsdjurens kroppsplan (ryggradsdjur är djur med ryggrad). Till exempel har placoderms avslöjat när de första käkarna, tänderna, parade skallben och parade lemmar utvecklades. De har också lärt oss om ursprunget till inre befruktning och levande födelse i ryggradsdjurens evolution.

Nu, i en tidning publicerad i Science , detaljerar vi våra fynd av det äldsta tredimensionellt bevarade hjärtat från ett ryggradsdjur – i det här fallet ett käkat ryggradsdjur. Detta placodermhjärta är cirka 380 miljoner år gammalt och 250 miljoner år äldre än det tidigare äldsta ryggradsdjurshjärtat.

Hur gjorde vi det?

Fiskfossiler från nära Fitzroy Crossing rapporterades först från Gogo Station på 1940-talet. Men det var inte förrän på 1960-talet som vackra 3D-konserveringar avslöjades, med en teknik som tar bort sten från ben med svag ättiksyra.

Denna teknik visade sig dock vara ett tveeggat svärd. Medan de fina detaljerna i det beniga skelettet avslöjades, löstes mjuka vävnader i fossilerna upp. Det var inte förrän 2000 som de första delarna av fossila muskler identifierades i placoderms.

Med tillkomsten av en röntgenmetod som kallas "synkrotronmikrotomografi" – användes först på Gogo-fossilerna 2010 – avslöjades fler muskler från Gogo-placodermerna, inklusive nack- och bukmuskler.

Vårt arbete använde samma teknik för att för första gången visa närvaron av en lever, mage och tarmar hos en devonfisk. Några av exemplaren visade till och med rester av deras sista måltid:ett kräftdjur.

Vi hittade de mjuka organen fossiliserade i en ordning av placodermer som kallas arthrodires. Dessa var de vanligaste och mest mångsidiga av alla kända placodermer, kännetecknade av en unik fog mellan deras huvud och bålpansar.

Hjärtat i placoderm

Det mest spännande fyndet för oss var hjärtat. Vi hittade vårt första placoderm-hjärta med synkrotronavbildning.

När vi sedan experimenterade med en teknik som kallas neutronavbildning upptäckte vi ett andra hjärta i ett annat prov.

Livet måste ha varit nervkittlande i devoniska haven, för placodermer hade bokstavligen hjärtat i munnen!

Vid denna tidpunkt i ryggradsdjurens evolution var nacken så kort att hjärtat var beläget på baksidan av halsen och under gälarna.

Fiskar som är ännu mer primitiva än arthrodires, som den käklösa lampröjan, har hjärtat nära levern. Och hjärtats kammare (kallas förmak och ventrikel) sitter sida vid sida.

Å andra sidan hade arthrodire placoderms hjärtat i en mer framåt (främre) position, längst bak i halsen. Och förmaket satt på toppen av ventrikeln - liknande hajar och benfiskar idag.

Idag har 99 % av alla levande ryggradsdjur käkar. Arthrodires tillhandahåller det första anatomiska beviset för att stödja hypotesen att, hos käkade ryggradsdjur, var ompositioneringen av hjärtat till en mer främre position kopplad till utvecklingen av käkar och en hals.

Men det är inte allt. Denna rörelse av hjärtat skulle också ha gett utrymme för lungorna att utvecklas.

Så hade placodermer lungor?

En av de mest utmanande evolutionära frågorna idag är om lungor fanns hos de tidigaste käkade ryggradsdjuren. Även om fiskar har gälar kan förekomsten av lungor hos vissa fiskar hjälpa till med flytkraften, som behövs för att sjunka och stiga i vattnet.

Idag finns lungor bara hos primitiva benfiskar som lungfiskar och afrikanska vassfiskar.

Mer avancerade benfiskar (som teleostarna) håller sig flytande med hjälp av en simblåsa, medan hajar varken har lungor eller simblåsa och istället använder en stor fettlever för att hjälpa till med flytkraften.

Men hur är det med gamla placodermer? Tidigare studier (som var något kontroversiella) antydde att lungor fanns i en primitiv placoderm som heter Bothriolepis.

Vår analys av arthrodires från Gogo avslöjar att strukturerna som tros vara lungor i Bothriolepis i själva verket är en lever med två lober, så lungor tros nu ha saknats från placoderms.

Vår upptäckt visar därför ett enda ursprung för lungor hos benfiskar (osteichthyans). Hjärtats rörelse till en främre position från käklösa fiskar (Cyclostomata) skulle ha gett utrymme för lungor att utvecklas i senare linjer.

Frånvaron av lungor i placoderms tyder på att dessa fiskar förlitade sig på sin lever för flytkraft, precis som moderna hajar gör.

En viktig webbplats

Bevarandet av organ är en kapplöpning mot tiden. I vissa fall kommer ett djurs nedbrytning att hjälpa till att bevara mjukvävnad, men för mycket nedbrytning och mjukvävnaderna förfaller. För utmärkt bevarande måste balansen vara helt rätt.

I det fossiliserade hjärtat fann vi att förmaket och ventriklarna visas tydligt, medan conus arteriosus – en del av hjärtat som leder blod från ventrikeln till artärerna – inte är lika välbevarad.

Att kunna göra dessa upptäckter innan de går förlorade för alltid är avgörande om vi fullt ut ska förstå den tidiga utvecklingen av ryggradsdjur, inklusive ursprunget till den mänskliga kroppsplanen.

Så utöver våra omedelbara upptäckter har vårt arbete förstärkt betydelsen av Gogo-platsen i Kimberley som en av världens viktigaste platser för att utföra detta arbete. + Utforska vidare

380 miljoner år gammalt hjärta belyser evolutionär historia

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.