Forskare har upptäckt ett 380 miljoner år gammalt hjärta – det äldsta som någonsin hittats – vid sidan av en separat fossiliserad mage, tarm och lever i en uråldrig käkfisk, som kastar nytt ljus över utvecklingen av våra egna kroppar.

Den nya forskningen, publicerad idag i Science , fann att organens position i arthrodires kropp – en utdöd klass av pansarfiskar som blomstrade under devonperioden från 419,2 miljoner år sedan till 358,9 miljoner år sedan – liknar modern hajanatomi, och erbjuder viktiga nya evolutionära ledtrådar.

Ledande forskare, John Curtin Distinguished Professor Kate Trinajstic från Curtin's School of Molecular and Life Sciences och Western Australian Museum, sa att upptäckten var anmärkningsvärd med tanke på att mjuka vävnader från forntida arter sällan bevarades och att det var ännu sällsyntare att hitta 3D-konservering.

"Som paleontolog som har studerat fossiler i mer än 20 år, blev jag verkligen förvånad över att hitta ett 3D och vackert bevarat hjärta i en 380 miljoner år gammal förfader," sa professor Trinajstic.

"Evolution ses ofta som en serie små steg, men dessa gamla fossiler tyder på att det var ett större språng mellan käklösa och käkade ryggradsdjur. Dessa fiskar har bokstavligen sina hjärtan i munnen och under gälarna - precis som hajar idag."

Den här forskningen presenterar den första 3D-modellen av ett komplext S-format hjärta i en arthrodire som består av två kammare, med den mindre kammaren ovanpå.

Professor Trinajstic sa att dessa egenskaper var avancerade hos så tidiga ryggradsdjur, vilket gav ett unikt fönster till hur huvud- och nackregionen började förändras för att anpassa sig till käkarna, ett kritiskt stadium i utvecklingen av våra egna kroppar.

"För första gången kan vi se alla organ tillsammans i en primitiv käkfisk, och vi blev särskilt förvånade över att höra att de inte var så olika oss," sa professor Trinajstic.

"Men det fanns en avgörande skillnad - levern var stor och gjorde det möjligt för fisken att förbli flytande, precis som hajar idag. Vissa av dagens benfiskar som lungfiskar och björkar har lungor som utvecklats från simblåsor men det var viktigt att vi hittade inga tecken på lungor i någon av de utdöda pansarfiskarna vi undersökte, vilket tyder på att de utvecklats oberoende i benfiskarna vid ett senare tillfälle."

Gogo-formationen, i Kimberley-regionen i västra Australien där fossilerna samlades in, var ursprungligen ett stort rev.

Genom att ta hjälp av forskare vid Australian Nuclear Science and Technology Organisation i Sydney och European Synchrotron Radiation Facility i Frankrike använde forskarna neutronstrålar och synkrotronröntgenstrålar för att skanna proverna, fortfarande inbäddade i kalkstenskonkretionerna, och konstruerade tredimensionella bilder av de mjuka vävnaderna inuti dem baserat på de olika densiteterna av mineraler som deponeras av bakterierna och den omgivande bergmatrisen.

Denna nya upptäckt av mineraliserade organ, utöver tidigare fynd av muskler och embryon, gör Gogo-arthrodirerna till den mest välkända av alla ryggradsdjur med käkstam och klargör en evolutionär övergång på linjen till levande käkade ryggradsdjur, som inkluderar däggdjur och människor.

Medförfattare professor John Long, från Flinders University, sa:"Dessa nya upptäckter av mjuka organ i dessa forntida fiskar är verkligen grejen av paleontologers drömmar, för utan tvekan är dessa fossiler de bäst bevarade i världen för denna tidsålder. De visa värdet av Gogo-fossilerna för att förstå de stora stegen i vår avlägsna evolution. Gogo har gett oss världsnyheter, från köns ursprung till det äldsta ryggradsdjurets hjärta, och är nu en av de viktigaste fossilplatserna i världen. Det är gång platsen allvarligt övervägdes för världsarvsstatus."

Medförfattare professor Per Ahlberg, från Uppsala universitet, sa:"Det som verkligen är exceptionellt med Gogo-fiskarna är att deras mjuka vävnader bevaras i tre dimensioner. De flesta fall av mjukvävnadskonservering finns i tillplattade fossiler, där den mjuka anatomin är lite mer än en fläck på berget. Vi har också mycket tur att moderna skanningstekniker tillåter oss att studera dessa ömtåliga mjuka vävnader utan att förstöra dem. För ett par decennier sedan skulle projektet ha varit omöjligt."

Den Curtin-ledda forskningen var ett samarbete med Flinders University, Western Australian Museum, European Synchrotron Radiation Facility i Frankrike, Australian Nuclear Science and Technology Organizations kärnreaktor, Uppsala universitet, Monash Universitys Australian Regenerative Medicine Institute och South Australian Museum.

Tidningen har titeln "Exceptionell konservering av organ i devonska placoderms från Gogo lagerstätte." + Utforska vidare

"Virtuell anatomi"-avbildning ger ny insikt om gamla näbbdjursfiskar