Ryggraden hos de tidigaste ryggradsdjuren dokumenterad

Det internationella forskarteamet, där tetrapodexperten Per Erik Ahlberg, Uppsala universitet, deltagit, har lyckts producera högupplösta röntgenbilder med hjälp av högenergetisk synkrotronstrålning. Dessa bilder gjorde det möjligt för forskarna att rekonstruera ryggraderna hos dessa sedan länge utdöda djur i minsta detalj.

Ryggraden är en benstruktur som finns hos alla landryggradsdjur såväl som i vattenlevande ryggradsdjur som t.ex. fiskar. Den är uppbyggd av ryggkotor som är arrangerade i rad. I motsats till nu levande landryggradsdjur (t.ex. människor), som har kotor bildade av ett enda ben, hade de tidiga tetrapoderna ryggkotor som var sammansatta av flera ben.

– Resultaten av den här studien tvingar oss att skriva om läroböckerna om ryggradens evolution hos de tidigaste landryggradsdjuren. I över hundra år har man trott att de tidiga tetrapoderna hade kotor sammansatta av tre ben – ett framtill, ett ovanpå, och ett par baktill. Men genom att kika in i fossilen med hjälp av synkrotronröntgen har vi upptäckt att denna traditionella bild bokstavligt talat är bakfram, säger Per Erik Ahlberg.

För analysen användes the European Synchrotron Research Facility (ESRF) i Frankrike, där de tre fossilen röntgenscannades, med ett nytt experimentprotokoll som kunde synliggöra ytterst små detaljer hos de fossila benen djupt inuti den omgivande stenen. Forskarna upptäckte då att det som man trott var det första benet i serien – det så kallade intercentrat – i själva verket är det sista. Och trots att detta kan förefalla som en trivial omtolkning har den stor betydelse för vår förståelse av ryggradens funktionella evolution.

– Genom att förstå hur de olika benen passar ihop kan vi börja utforska ryggradens rörlighet och testa hur den kan ha överfört krafter mellan extremiteterna när djuren började röra sig på land.

Men det är inte det enda resultatet av studien. Ett av djuren, den ”fyrbenta fisken” Ichthyostega (ursprungligen beskriven av forskare från Naturhistoriska Riksmuseet i Stockholm), visade sig ha ett antal tidigare okända skelettstrukturer, däribland en rad små ben i mitten på bröstet.

– De där små förbeningarna i bröstet visade sig vara evolutionens första försök att skapa ett riktigt bröstben. Strukturen förstärkte Ichthyostegas bröstkorg så att den kunde stödja kroppen på bröstet när den rörde sig på land, säger Prof. Per Ahlberg.

Denna oväntade upptäckt stödjer tidigare resultat från samma forskargrupp som visade att Ichthyostega sannolikt rörde sig över land genom att släpa sig fram med symmetriska ”skidstavsrörelser” med frambenen – ungefär som en slamkrypare eller en säl.

I nästa steg ska forskarna försöka förstå ryggradens roll i rörelseschemat hos dessa tidiga tetrapoder med hjälp av sofistikerad biomekanisk analys.   

Det internationella forskarteamet leds av Dr Stephanie E. Pierce (Royal Veterinary College, Storbritanien) och Prof. Jennifer A. Clack (University of Cambridge)

Referens: Stephanie E Pierce, Per E Ahlberg, John R Hutchinson, Julia L Molnar, Sophie Sanchez, Paul Tafforeau, and Jennifer A Clack. Vertebral Archtecture in the earliest stem tetrapods. Nature. Advance Online Publication 13 January 2013.