Nelle catene calcaree della regione del Kimberley nell'Australia occidentale, vicino alla città di Fitzroy Crossing, troverai uno degli antichi complessi di barriera corallina meglio conservati al mondo.

Qui giacciono i resti di una miriade di animali marini preistorici, inclusi i placodermi, una classe di pesci preistorica che rappresenta alcuni dei nostri primi antenati con la mascella.

I placodermi erano i sovrani degli antichi mari, fiumi e laghi. Erano i pesci più abbondanti e diversificati del periodo Devoniano (419–359 milioni di anni fa), ma si estinsero alla fine in un evento di estinzione di massa.

Lo studio dei placodermi è importante in quanto forniscono informazioni sulle origini del piano corporeo dei vertebrati mascellari (i vertebrati sono animali con la spina dorsale). Ad esempio, i placodermi hanno rivelato quando si sono evolute le prime mascelle, denti, ossa del cranio accoppiate e arti accoppiati. Ci hanno anche insegnato le origini della fecondazione interna e del parto vivo nell'evoluzione dei vertebrati.

Ora, in un articolo pubblicato su Scienza , descriviamo in dettaglio le nostre scoperte sul più antico cuore tridimensionale conservato di un vertebrato, in questo caso un vertebrato mascellare. Questo cuore di placodermi ha circa 380 milioni di anni e 250 milioni di anni in più del precedente cuore di vertebrati più antico.

Come abbiamo fatto?

Fossili di pesce vicino a Fitzroy Crossing furono segnalati per la prima volta dalla stazione di Gogo negli anni '40. Ma è stato solo negli anni '60 che sono state rivelate bellissime conservazioni 3D, utilizzando una tecnica che rimuove la roccia dalle ossa con acido acetico debole.

Tuttavia, questa tecnica si è rivelata un'arma a doppio taglio. Mentre i dettagli fini dello scheletro osseo sono stati scoperti, i tessuti molli nei fossili si sono dissolti. Non è stato fino al 2000 che i primi pezzi di muscolo fossilizzato sono stati identificati nei placodermi.

Con l'avvento di un metodo a raggi X chiamato "microtomografia di sincrotrone", utilizzato per la prima volta sui fossili di Gogo nel 2010, sono stati rivelati più muscoli dai placodermi di Gogo, inclusi i muscoli del collo e dell'addome.

Il nostro lavoro ha utilizzato questa stessa tecnologia per mostrare, per la prima volta, la presenza di fegato, stomaco e intestino in un pesce del Devoniano. Alcuni degli esemplari mostravano anche i resti del loro ultimo pasto:un crostaceo.

Abbiamo trovato gli organi molli fossilizzati in un ordine di placodermi chiamati artrodires. Questi erano i più comuni e diversi di tutti i placodermi conosciuti, caratterizzati da un'articolazione unica tra la testa e l'armatura del tronco.

Il cuore del placoderm

La scoperta più emozionante per noi è stato il cuore. Abbiamo trovato il nostro primo cuore di placodermi usando l'immaginazione di sincrotrone.

Quindi, durante la sperimentazione con una tecnologia chiamata imaging dei neutroni, abbiamo scoperto un secondo cuore all'interno di un campione diverso.

La vita deve essere stata snervante nei mari del Devoniano, perché i placodermi avevano letteralmente il cuore in bocca!

A questo punto dell'evoluzione dei vertebrati, il collo era così corto che il cuore si trovava nella parte posteriore della gola e sotto le branchie.

Pesci ancora più primitivi degli artrodiri, come la lampreda senza mascelle, hanno il cuore vicino al fegato. E le camere del cuore (chiamate atrio e ventricolo) siedono fianco a fianco.

D'altra parte, i placodermi artrodirezionali avevano il cuore in una posizione più in avanti (anteriore), nella parte posteriore della gola. E l'atrio si trovava in cima al ventricolo, simile agli squali e ai pesci ossei di oggi.

Oggi, il 99% di tutti i vertebrati viventi ha mascelle. Arthrodires fornisce la prima evidenza anatomica a sostegno dell'ipotesi che, nei vertebrati mascellari, il riposizionamento del cuore in una posizione più avanzata fosse legato all'evoluzione delle mascelle e di un collo.

Ma non è tutto. Questo movimento del cuore avrebbe fatto spazio anche allo sviluppo dei polmoni.

Quindi i placodermi avevano i polmoni?

Una delle domande evolutive più impegnative oggi è se i polmoni fossero presenti nei primi vertebrati con mascelle. Sebbene i pesci abbiano le branchie, la presenza di polmoni in alcuni pesci può aiutare con il galleggiamento, necessario per affondare e sollevarsi nell'acqua.

Oggi i polmoni sono presenti solo nei pesci ossei primitivi come il pesce polmone e il pesce canna africano.

I pesci ossei più avanzati (come i teleostei) rimangono a galla usando una vescica natatoria, mentre gli squali non hanno né polmoni né vescica natatoria e usano invece un grosso fegato grasso per aiutare con il galleggiamento.

Ma che dire degli antichi placodermi? Studi precedenti (che erano alquanto controversi) suggerivano che i polmoni fossero presenti in un primitivo placoderm chiamato Bothriolepis.

La nostra analisi degli artrodiri di Gogo rivela che le strutture ritenute polmoni in Bothriolepis sono in realtà un fegato con due lobi, quindi ora si pensa che i polmoni non siano presenti nei placodermi.

La nostra scoperta mostra quindi un'unica origine per i polmoni nei pesci ossei (osteitti). Il movimento del cuore in una posizione in avanti da parte dei pesci senza mascelle (Cyclostomata) avrebbe consentito lo sviluppo dei polmoni nei lignaggi successivi.

L'assenza di polmoni nei placodermi suggerisce che questi pesci facevano affidamento sul loro fegato per il galleggiamento, come fanno gli squali moderni.

Un sito fondamentale

La conservazione degli organi è una corsa contro il tempo. In alcuni casi, la decomposizione di un animale aiuterà la conservazione dei tessuti molli, ma troppa decomposizione e i tessuti molli si decompongono. Per una conservazione eccellente, l'equilibrio deve essere giusto.

Nel cuore fossilizzato abbiamo trovato che l'atrio e i ventricoli sono mostrati chiaramente, mentre il cono arterioso, una sezione del cuore che dirige il sangue dal ventricolo alle arterie, non è così ben conservato.

Essere in grado di fare queste scoperte prima che vadano perdute per sempre è fondamentale se vogliamo comprendere appieno la prima evoluzione dei vertebrati, comprese le origini del piano del corpo umano.

Quindi, al di là delle nostre scoperte immediate, il nostro lavoro ha rafforzato l'importanza del sito di Gogo nel Kimberley come uno dei siti più importanti al mondo per lo svolgimento di questo lavoro. + Esplora ulteriormente

Il cuore di 380 milioni di anni illumina la storia evolutiva

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.