Umělecká rekonstrukce yunnanozoa z kambrické bioty Chengjiang ukazuje košíkovité hltanové kostry. Kredit: Dinghua Yang
Výzkum odhaluje yunnanozoany jako nejstarší známé kmenové obratlovce.
Nové nálezy odpovídají na otázky ve fosilním záznamu.
Záhadná mezera ve fosilním záznamu, která by vysvětlovala evoluci bezobratlých na obratlovce, vědce dlouho zmátla. Obratlovci sdílejí jedinečné rysy, jako je páteř a lebka, a zahrnují ryby, obojživelníky, plazy, ptáky, savce a lidi. Bezobratlí jsou naproti tomu živočichové bez páteře.
Evoluční proces, který posunul bezobratlé k tomu, aby se z nich stali obratlovci – a jak tito nejstarší obratlovci vypadali – byl pro vědce po staletí záhadou.
Tým vědců nyní provedl studii yunnanozoanů, vyhynulých tvorů z raného období kambria (před 518 miliony let), a objevil důkazy, že jde o nejstarší známé kmenové obratlovce. Kmenový obratlovec je termín, který označuje ty obratlovce, kteří jsou vyhynulí, ale velmi úzce souvisí s živými obratlovci.
Vědci z Nanjingského institutu geologie a paleontologie, Čínské akademie věd a Nanjingské univerzity zveřejnili svá zjištění 7. července 2022 v časopise Věda.
Kmenový obratlovec yunnanozoan. Kredit: Fangchen Zhao
V průběhu let, kdy výzkumníci studovali, jak se obratlovci vyvíjeli, byly hlavním zaměřením výzkumu hltanové oblouky. Jedná se o struktury, které vytvářejí části obličeje a krku, jako jsou svaly, kosti a pojivová tkáň. Vědci předpokládali, že hltanový oblouk se vyvinul z nespojené chrupavkové tyčinky u předků obratlovců, jako je strunatec amphioxus, blízký bezobratlý příbuzný obratlovců. Zda však taková anatomie skutečně existovala u dávných předků, nebylo s jistotou známo.
Ve snaze lépe porozumět roli hltanového oblouku u starověkých obratlovců zkoumal výzkumný tým fosilie yunnanozoanů s měkkým tělem nalezených v provincii Yunnan v Číně. Po celá léta vědci studovali yunnanozoany s různými závěry, jak interpretovat anatomii tvora. O příbuznosti yunnanozoanů se diskutovalo asi tři desetiletí, přičemž bylo publikováno několik článků podporujících různé názory, včetně čtyř Příroda a Věda.
Výzkumný tým se rozhodl prozkoumat nově shromážděné fosilní vzorky yunnanozoa dříve neprozkoumanými způsoby, přičemž provedl anatomickou a ultrastrukturální studii s vysokým rozlišením. 127 exemplářů, které studovali, má dobře zachované uhlíkaté zbytky, které týmu umožnily provádět ultrastrukturální pozorování a podrobné geochemické analýzy.
Tým použil rentgenovou mikrotomografii, rastrovací elektronovou mikroskopii, transmisní elektronovou mikroskopii, Ramanovu spektrometrii, infračervenou spektroskopii s Fourierovou transformací a energeticky disperzní rentgenovou spektroskopii na fosilních vzorcích. Jejich studie mnoha způsoby potvrdila, že yunnanozoani mají buněčné chrupavky v hltanu, což je vlastnost považovaná za specifickou pro obratlovce. Zjištění týmu podporují, že yunnanozoani jsou kmenoví obratlovci. Výsledky jejich studie ukazují, že yunnanozoáni jsou nejranějšími a také nejprimitivnějšími příbuznými obratlovců z korunové skupiny.
Během své studie tým pozoroval, že všech sedm hltanových oblouků v yunnanozoanských fosiliích jsou si navzájem podobné. Všechny oblouky mají bambusové segmenty a vlákna. Sousední oblouky jsou všechny spojeny hřbetními a ventrálními horizontálními tyčemi, které tvoří koš. Košíková hltanová kostra je dnes rysem žijících bezčelisťových ryb, jako jsou mihule a hagfishes.
„Dva typy hltanových koster – košíkovité a izolované typy – se vyskytují u kambria a žijících obratlovců.“ To znamená, že forma koster hltanu má složitější ranou evoluční historii, než se dříve myslelo,“ řekl TIAN Qingyi, první autor studie, z Nanjingské univerzity a Nanjingského institutu geologie a paleontologie Čínské akademie věd.
Jejich výzkum poskytl týmu nové poznatky o detailních strukturách hltanových oblouků. Nová anatomická pozorování, kterých tým dosáhl ve své studii, podporují evoluční umístění yunnanozoanů do velmi bazální části stromu života obratlovců.
Odkaz: „Ultrastruktura odhaluje hltanovou kostru předků obratlovců u yunnanozoanů“ od Qingyi Tian, Fangchen Zhao, Han Zeng, Maoyan Zhu a Baoyu Jiang, 7. července 2022, Věda.
DOI: 10.1126/science.abm2708
Výzkumný tým zahrnuje Qingyi Tian z Nanjing University (NJU) a Nanjing Institute of Geology and Paleontology, Chinese Academy of Sciences (NIGPAS); Fangchen Zhao a Han Zeng z NIGPAS; Maoyan Zhu z NIGPAS a University of Chinese Academy of Sciences; a Baoyu Jiang z NJU.
Výzkumný program strategické priority (B) Čínské akademie věd a Čínské národní vědecké nadace financoval tento výzkum.