Biomineraliserade kolonner, staplade i lager som en smörgås, gav kambriska brachiopodskal sin styrka och flexibilitet för 520 miljoner år sedan.
För att få insikter i utvecklingen och mångfalden av denna komplicerade biomineraliserade kolumnarkitektur undersökte Dr. Zhang Zhiliang från Nanjing Institute of Geology and Paleontology vid den kinesiska vetenskapsakademin, tillsammans med medarbetare från Kina och Sverige, utsökt välbevarade fossil av några av de äldsta familjerna av linguliforma brachiopoder, vilket ger nya fossila bevis för att förstå biomineraliseringsprocessen och den adaptiva utvecklingen av de förfäders brachiopod taxa i det tidiga kambrium.
Studien publicerades i eLife .
Kambrium, en geologisk period för ungefär en halv miljard år sedan, bevittnade en av de mest intensiva utbrotten av djurens evolution i jordens historia. Under denna tid dök de flesta av de grupper av marina djur som vi skulle känna igen i haven fram och diversifierade runt om i världen. Ett av de viktigaste framstegen under denna explosion av liv var utvecklingen av biomineraliserade skal.
Biomineralisering, som hänvisar till biomineralisering som producerar organiska-oorganiska kompositskelett och skal, är en process som förändrar naturen hos jordens fossila register genom att associera levande mjuka organiska vävnader med fasta jordmineraler.
Brachiopoder, kända som "lampskal", är en av de mest framgångsrika biomineraliserade djurgrupperna, som har överlevt i över 500 miljoner år. De flesta djurgrupper har bara förmågan att utsöndra endast ett mineral, men brachiopoder är unika djur genom att de har förmågan att utsöndra två olika mineral, kalciumfosfat och kalciumkarbonat.
Även om många levande brachiopodarter har kalciumkarbonatskal, var de kalciumfosfatiska linguliforma brachiopoderna en av de tidigaste skalbärande djurgrupperna som förekom i fossilregistret. Linguliforma brachiopodskal består i allmänhet av en organisk matris kombinerad med kalciumfosfat (apatit) mineraler. Linguliforma skal är intrikat sammansatta av mikroskopiska cylindriska kolonner, men utvecklingen och rollen för dessa mikroskopiska kolonner i brachiopods utveckling är oklar.
I denna studie samlades de fossila proverna, inklusive Eoobolidae, Lingulellotretidae och Acrotretidae, från Cambrian Series 2 Shuijingtuo-formationen i södra Shaanxi och västra Hubei i södra Kina – en region som allmänt anses vara en av centra för ursprung och tidig distribution av linguliforma brachiopoder.
Forskarna visade att de mikroskopiska kolonnerna staplades ovanpå varandra för att bilda ett sekundärt lager av skalet, i vad forskarna kallade en "stacked sandwich-modell" (på grund av likheten med tvärsnittet av en sandwich). Denna staplade sandwich-kolonnarkitektur ökar skalets seghet, flexibilitet och förmåga att motstå brott genom att fylla utrymmet mellan pelarna med organiskt material - liknande pelare av armerad betong som ofta används i byggnadskonstruktion.
"Därför antar vi att denna effektiva och ekonomiska skalarkitektur sannolikt har spelat en viktig roll i utvecklingen av linguliforma brachiopoder," sade Zhang, "det kan förklara uppväxten av fosfatskalade akrotretider i den senare hälften av Kambrium, och den fortsatta diversifieringen av brachiopoder under den stora biologiska diversifieringshändelsen 50 miljoner år senare."
Mer information: Zhiliang Zhang et al, Evolution and diversity of biomineralized columnararchitecture in early kambrian fosfatic-shelled brachiopoders, eLife (2024). DOI:10.7554/eLife.88855.4
Journalinformation: eLife
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
