I raggi X sembrano rivelare l'osso più antico del fossile

Oltre 400 milioni di anni fa, uno strano pesce senza mandria nuotava negli oceani del mondo. Questo pesce aveva uno scheletro flessibile - un materiale bizzarro, simile a un osso che non era come l'osso di oggi - che ha sfidato la categorizzazione dal momento che il suo proprietario originale è morto milioni di anni fa. Martedì, uno studio in Ecologia ed evoluzione della natura riporta che abbiamo finalmente capito di cosa si tratta. È l'esempio più antico di osso nell'intera documentazione sui fossili.

Il materiale scheletrico visto in questo pesce antico - parte di un gruppo chiamato eterostracani - è chiamato aspidina, concludono gli autori. Questo materiale, spiega l'autore dello studio Joseph Keating, Ph.D., paleobiologo presso l'Università di Manchester, è stato quasi impossibile da caratterizzare perché non assomiglia a nessuno dei quattro tipi di tessuto - osso, cartilagine, dentina e smalto - che formano ossa e denti attuali. Quando i biologi esaminarono in precedenza i fossili di aspidina al microscopio, rimasero perplessi nel trovare una struttura ramificata intersecata.

I tipi di ossa che conosciamo oggi non si incrociano al microscopio, quindi è stato difficile capire se l'aspidina fosse effettivamente un osso. "Per 160 anni, gli scienziati si sono chiesti se l'aspidina sia uno stadio di transizione nell'evoluzione dei tessuti mineralizzati", afferma Keating. Ma i dettagliati raggi X dei suoi fossili di eterostraci mostravano che probabilmente rappresentavano una fase molto importante dell'evoluzione ossea: la primissima.

Un componente importante dell'osso è una "matrice organica" di proteine ​​come il collagene, che si uniscono per formare un'impalcatura a cui i minerali possono legarsi, rendendo duro il tessuto altrimenti spugnoso. Fondamentalmente, nelle ossa a cui siamo abituati, questa matrice è solitamente strutturata in tubi che lo sono lineare, che si ritiene sia necessario affinché l'osso si mineralizzi.

A causa della struttura apparentemente incrociata dell'aspiridina, i ricercatori hanno in precedenza concluso che non poteva avere quei componenti minerali della matrice. In altre parole, anche se sembrava molto simile all'osso, probabilmente non lo era, probabilmente solo il predecessore evolutivo dell'osso mineralizzato.

Keating, tuttavia, decise di dare un'occhiata ancora più da vicino all'asfidina. Trascorse più di 100 ore a esaminare i resti fossili di scheletri eterostraci, usando una tecnica chiamata tomografia a sincrotrone, che utilizza un tipo di raggi X così potente da richiedere un acceleratore di particelle per funzionare. Keating ha trovato il suo acceleratore di particelle presso l'Istituto Paul Scherrer in Svizzera, dove ha usato questi raggi x di alta qualità per costruire un modello tridimensionale di questi scheletri di aspidina.

Guardando più da vicino che mai, Keating ha scoperto che il passaggio incrociato che era stato così confuso in passato era scomparso. "Ho scoperto che questi tubi erano rigorosamente lineari, privi di qualsiasi tipo di ramificazione", ha scritto in un post sul blog di Natura. "Le immagini degli studi precedenti sembrano essere il risultato del sezionamento bidimensionale attraverso tubi intrecciati e sovrapposti, dando l'impressione di ramificazioni".

Il modello 3D ha rivelato che i tubi in realtà erano lineari ma sembravano impilati uno sopra l'altro in direzioni incrociate casuali. Per decenni, si rese conto, mentre i ricercatori osservavano i tubi su raggi X bidimensionali, che sembravano appiattiti, formando uno schema di ramificazione che non era indicativo della loro vera struttura. Fondamentalmente, sottolineano gli autori, questi tubi ospitano il collagene, la proteina dello scaffold che contribuisce alla mineralizzazione.

"Mostriamo che gli spazi mostrano una morfologia lineare", scrivono gli autori. "Invece, questi spazi rappresentano fasci di fibre di collagene intrinseci che formano un'impalcatura su quale minerale è stato depositato. L'aspidina è quindi l'osso dermico acellulare."

Questa piccola differenziazione ha conseguenze sbalorditive quando si tratta di capire quando gli scheletri mineralizzati, come quelli visti negli umani, si sono evoluti per la prima volta. Mostrando semplicemente che questi pesci avevano scheletri mineralizzati, questa squadra ha stabilito quella data indietro di qualche milione di anni:

"Questi risultati cambiano la nostra visione sull'evoluzione dello scheletro", conclude Phil Donoghue, Ph.D., coautore e paleobiologo dell'Università di Bristol. "Dimostriamo che è, in effetti, un tipo di osso, e che tutti questi tessuti devono essersi evoluti milioni di anni prima."