Skallen hos tetrapods hade färre ben än utdöda och levande fiskar, vilket begränsar deras utveckling i miljontals år, enligt en senaste studie.

Genom att analysera fossila dödskallar från djur över övergången från en akvatisk till terrestrisk miljö upptäckte forskare från University of Bristol, Barcelonas Universitat Pompeu Fabra och University College London att tetrapoder hade mer komplexa kopplingar mellan sina skallben än fiskar. Och snarare än att främja diversifieringen av livet på land, begränsade dessa förändringar av skallens anatomi faktiskt utvecklingen av tetrapodskallar.

Tetrapoder utvecklades från fiskar och var de tidigaste landdjuren med lemmar och siffror; förfäder till allt från groddjur till människor.

Forskningen publicerades denna vecka i Science Advances , kvantifierade organiseringen av skallben i mer än 100 levande och fossila djur för att bättre förstå hur skallar förändrades när tetrapoderna utvecklades.

Huvudförfattaren James Rawson från Bristols School of Earth Sciences sa:"Tetrapodskallar har i allmänhet färre skallben än sina fiskförfäder, men att helt enkelt räkna antalet ben missar några viktiga data. Vi använde en teknik som kallas nätverksanalys, där skallens arrangemang ben – vilka ben ansluter till vilka – registreras förutom benantal."

Författaren Dr. Borja Esteve-Altava, en expert på denna teknik, sa:"Traditionellt har anatomiforskning mestadels varit beskrivande eller kvalitativ. Nätverksanalys ger en sund matematisk ram för att kvantifiera anatomiska relationer mellan ben:en sorts data som ofta förbises i de flesta studier om morfologisk evolution."

Författarna fann att tetrapoder med färre skallben än fiskar gjorde organiseringen av deras skallar mer komplex.

Mr. Rawson tillade, "Det kan tyckas konstigt, men att ha färre ben innebär att vart och ett av dessa ben måste ansluta till fler av sina grannar, vilket resulterar i ett mer komplext arrangemang. Moderna grodor och salamandrar hade de mest komplexa skallarna av alla djur vi studerade ." De tidigaste tetrapodernas skallar blev också mer konsoliderade till en enda enhet, medan deras fiskförfäder hade skallar gjorda av flera distinkta sektioner.

Genom att titta på mångfalden av skallbensarrangemang över tid, upptäckte författarna också att tetrapodernas ursprung sammanfaller med en minskning av mångfalden av skallbensarrangemang. Professor Emily Rayfield, senior författare till studien, sa:"Vi blev förvånade över att finna att dessa förändringar i skallen verkade begränsa tetrapodutvecklingen, snarare än att främja strålning till nya livsmiljöer på land. Vi tror att utvecklingen av en hals, utrotningshändelser eller en flaskhals i skallens utveckling kan vara ansvarig."

Mr. Rawson avslutade, "Vi ser också en liknande minskning av strukturell variabilitet för benbenen hos tidiga tetrapoder, men nedgången i armar och ben inträffar 10 miljoner år tidigare. Det verkar som om olika faktorer påverkade utvecklingen av skalle och lem hos tidiga tetrapoder, och vi har så mycket mer att lära oss om denna avgörande tid i vår egen evolutionära historia."

"Tidig tetrapod kranial evolution kännetecknas av ökad komplexitet, tvång och en förskjutning från fen-lem evolution," av James Rawson, Dr Borja Esteve-Altava, Dr Laura Porro, Dr Hugo Dutel och Professor Emily Rayfield i Vetenskapens framsteg. + Utforska vidare

Skalle av ett 340 miljoner år gammalt djur återskapat digitalt och avslöjar hemligheter från forntida groddjur