X-strålar visas för att avslöja den fossila postens mest gamla ben

För över 400 miljoner år sedan simmade en konstig, jawless fisk i världens hav. Denna fisk hade ett flexibelt skelett - ett konstigt, benliknande material som inte var som dagens ben - som har torterat kategorisering sedan dess ursprungliga ägare dog för många år sedan. På tisdag, en studie i Naturekologi och evolution rapporterar att vi äntligen har räknat ut vad det är. Det är det äldsta exemplet på ben i hela fossilskivan.

Skelettmaterialet som ses i denna gamla fisk - en del av en grupp heter heterostracaner - kallas aspidin, författarna avslutar. Detta material, förklarar studieförfattaren Joseph Keating, Ph.D., en paleobiolog vid University of Manchester, har nästan varit omöjlig att karakterisera eftersom den inte liknar någon av de fyra vävnadstyperna - ben, brosk, dentin och emalj - som utgör dagens ben och tänder. När biologer tidigare undersökte aspidinfossilerna under ett mikroskop var de förvirrade för att hitta en korsad gränsstruktur.

De typer av ben vi känner idag korsar inte under ett mikroskop, så det har varit svårt att ta reda på om aspidin verkligen var ben. "I 160 år har forskare undrat om aspidin är ett övergångsskede i utvecklingen av mineraliserade vävnader," säger Keating. Men hans lags detaljerade röntgenstrålar i heterostracanfossilerna visade bevis för att de sannolikt representerade ett mycket viktigt stadium av benutveckling: den allra första.

En huvudkomponent av ben är en "organisk matris" av proteiner som kollagen, som sammanfaller för att bilda en byggnadsställning som mineraler kan fästa vid, vilket gör att den annars svampiga vävnaden blir hård. Avgörande, i benen är vi vana vid denna matris är vanligtvis strukturerad i rör som är linjär, vilket anses vara nödvändigt för att ben kan mineraliseras.

På grund av aspidins uppenbarligen korsformade struktur konstaterade forskare tidigare att det inte kunde ha dessa mineralkomponenter i matrisen. Med andra ord, även om det såg ut som ben, var det förmodligen inte sannolikt bara den evolutionära föregångaren av mineraliserat ben.

Keating bestämde sig emellertid för att ta en ännu närmare titt på aspidin. Han spenderade över 100 timmar på att skanna de fossila återstoden av heterostracanska skelett, med en teknik som heter synkrotrontomografi, som använder en typ av röntgen så kraftfull att det krävs en partikelaccelerator att fungera. Keating fann sin partikelaccelerator vid Paul Scherrer-institutet i Schweiz, där han använde dessa högkvalitativa xrays för att konstruera en tredimensionell modell av dessa aspidinskelett.

Närmare tittade än någonsin fann Keating att korsningen som hade varit så förvirrande i det förflutna hade försvunnit. "Jag fann att dessa rör var strikt linjära, saknade någon form av förgrening", skrev han i ett blogginlägg i Natur. "Bilderna från tidigare studier verkar vara ett resultat av tvådimensionell snittning genom trassiga och överlappande rör, vilket tyder på att förgrena sig."

3D-modellen visade att rören faktiskt var linjära men verkade staplade ovanpå varandra i slumpvis korsade riktningar. I årtionden insåg han, som forskare tittade på rören på tvådimensionella röntgenstrålar, de verkade utplattade och bildade ett förgreningsmönster som inte var en indikation på deras sanna struktur. Avgörande påpekar författarna, dessa rörhuskollagen, byggnadsproteinet som bidrar till mineralisering.

"Vi visar att rymden uppvisar en linjär morfologi," skriver författarna. "I stället representerar dessa utrymmen inneboende kollagenfibrebuntar som bildar en byggnadsställning om vilket mineral som avsattes. Aspidin är således acellulärt dermalt ben."

Denna lilla differentiering har svimlande konsekvenser när det gäller att räkna ut när mineraliserade skelett, som de som ses hos människor, utvecklats först. Genom att helt enkelt visa att dessa fiskar hade mineraliserade skelett har detta lag satt tillbaka ett par miljoner år:

"Dessa fynd förändrar vår syn på skelettets utveckling," avslutar Phil Donoghue, Ph.D., medförfattare och paleobiologist från University of Bristol. "Vi visar att det verkligen är en typ av ben, och att alla dessa vävnader måste ha utvecklats miljontals år tidigare."