Para ilmuwan telah mampu merekonstruksi, untuk pertama kalinya, struktur tiga dimensi rumit dari tulang punggung tetrapoda awal, hewan berkaki empat paling awal.
Sinar-X berenergi tinggi dan protokol ekstraksi data baru memungkinkan para peneliti untuk merekonstruksi tulang punggung fosil berusia 360 juta tahun dalam detail luar biasa dan memberi penerangan baru tentang bagaimana vertebrata pertama bergerak dari air ke darat.
Tim ilmuwan internasional dipimpin oleh Stephanie E. Pierce dari The Royal Veterinary College di London dan Jennifer A. Clack dari University of Cambridge. Ini juga terdiri dari para ilmuwan dari Universitas Uppsala (Swedia) dan Fasilitas Radiasi Synchrotron Eropa ESRF di Grenoble (Prancis).
Tetrapoda adalah vertebrata berkaki empat, yang saat ini diwakili oleh amfibi, reptil, burung dan mamalia. Sekitar 400 juta tahun yang lalu, tetrapoda awal adalah vertebrata pertama yang melakukan kunjungan singkat ke perairan yang lebih dangkal tempat mereka menggunakan keempat anggota tubuhnya untuk bergerak. Bagaimana ini terjadi dan bagaimana mereka kemudian dipindahkan ke darat adalah subjek perdebatan sengit antara paleontolog dan ahli biologi evolusi.
Ini adalah kesan seorang seniman tentang Tetrapod Ichthyostega, dengan cut-out yang menunjukkan rekonstruksi 3-D dari dua vetrebrae dari penelitian. Kredit gambar: Julia Molnar.
Semua tetrapoda memiliki tulang belakang, atau kolom vertebral, yang merupakan struktur tulang yang umum untuk semua vertebrata lain termasuk ikan, dari mana tetrapoda berevolusi. Tulang punggung terbentuk dari tulang belakang yang terhubung dalam satu baris - dari kepala ke ekor. Tidak seperti tulang punggung tetrapoda hidup (mis. Manusia), di mana setiap tulang belakang hanya terdiri dari satu tulang, tetrapoda awal memiliki tulang belakang yang terdiri dari banyak bagian.
“Selama lebih dari 100 tahun, tetrapoda awal dianggap memiliki tulang belakang yang terdiri dari tiga set tulang - satu tulang di depan, satu di atas, dan sepasang di belakang. Tetapi, dengan mengintip ke dalam fosil menggunakan sinar-X synchrotron kami telah menemukan bahwa pandangan tradisional ini benar-benar membuatnya kembali ke depan, ”kata Stephanie Pierce yang merupakan penulis utama publikasi.
Untuk analisis, Fasilitas Radiasi Synchrotron Eropa (ESRF) di Perancis, di mana tiga fragmen fosil dipindai dengan sinar-X, menerapkan metode ekstraksi data untuk mengungkapkan detail kecil tulang fosil yang terkubur jauh di dalam matriks batuan. Fosil tulang tertanam di batu sehingga padat menyerap sebagian besar sinar-X. "Tanpa metode baru, tidak mungkin untuk mengungkapkan unsur-unsur tulang belakang dalam tiga dimensi dengan resolusi 30 μm", kata Sophie Sanchez, rekan penulis publikasi, dari Universitas Uppsala dan ESRF.
Dalam gambar sinar-X resolusi tinggi ini, para ilmuwan menemukan bahwa apa yang dianggap sebagai tulang pertama - yang dikenal sebagai intercentrum - sebenarnya adalah yang terakhir dalam seri ini. Dan, meskipun ini mungkin tampak seperti pengawasan sepele, pengaturan ulang struktur tulang belakang ini memiliki konsekuensi yang terlalu melengkung untuk evolusi fungsional dari tulang punggung tetrapod.
Stephanie Pierce menjelaskan, "Dengan memahami bagaimana masing-masing tulang bersatu, kita dapat mulai mengeksplorasi mobilitas tulang belakang dan menguji bagaimana tulang itu mungkin telah mentransfer kekuatan di antara anggota tubuh selama tahap awal pergerakan darat".
Namun, temuan itu tidak berakhir di sana. Salah satu hewan - dikenal sebagai Ichthyostega - juga ditemukan memiliki bermacam-macam fitur kerangka yang sampai sekarang tidak diketahui termasuk serangkaian tulang memanjang ke tengah dada.
Jennifer Clack berkata, “Tulang dada ini ternyata merupakan upaya evolusi paling awal untuk menghasilkan tulang dada yang kurus. Struktur seperti itu akan memperkuat tulang rusuk Ichthyostega, memungkinkannya untuk menopang berat badannya di dada saat bergerak di darat. "
Penemuan tak terduga ini mendukung karya terbaru oleh Pierce dan Clack yang menunjukkan bahwa Ichthyostega mungkin bergerak dengan menyeret dirinya sendiri di tanah datar menggunakan gerakan 'kruk' sinkron pada kaki depannya - mirip seperti lilitan atau segel. Dr Pierce menambahkan, "Hasil penelitian ini memaksa kita untuk menulis ulang buku tentang evolusi tulang punggung pada hewan tungkai yang paling awal."
“Di ESRF, protokol ekstraksi data baru memungkinkan untuk mempelajari fosil dalam batuan padat dan berat dalam detail yang belum pernah terjadi sebelumnya. Apa yang telah kita lihat hari ini hanyalah permulaan dari lebih banyak kejutan yang akan datang, ”simpul Sophie Sanchez.
Melalui ESRF