Живых акул часто изображают как главных хищников морского царства. Палеонтологи смогли идентифицировать окаменелости их вымерших предков, которые датируются сотнями миллионов лет до времени, известного как палеозойский период. Эти ранние "акулы", известные как акантодианы, ощетинились шипами. В отличие от современных акул, у них развилась костная "броня" вокруг их парных плавников.

Недавнее открытие нового вида акантодиана из Китая удивило ученых его древностью. Находка примерно на 15 миллионов лет старше самых ранних окаменелостей тела акантодий и является самой древней бесспорной челюстной рыбой.

Эти результаты были опубликованы в журнале Nature 28 сентября.

Реконструированная из тысяч крошечных фрагментов скелета, Фаньцзиншания, названная в честь знаменитого объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО Фаньцзиншань, представляет собой причудливую рыбу с внешней костяной "броней" и несколькими парами плавниковых шипов, которые отличают ее от живых челюстных рыб, хрящевых акул и скатов, а также костистых лучеперых и лопастеперых рыб.

Изучение Фаньцзиншании группой исследователей из Китайской академии наук, Цюцзинского педагогического университета и Бирмингемского университета показало, что этот вид анатомически близок к группам вымерших колючих "акул", известных под общим названием акантодии. В отличие от современных акул, акантодии имеют окостенение кожи в области плеча, которое встречается примитивно у челюстных рыб.

Ископаемые останки Фаньцзиншании были извлечены из образцов костного слоя формации Жунси на участке в уезде Шицянь провинции Гуйчжоу, Южный Китай.

Эти находки представляют собой осязаемое свидетельство диверсификации основных групп позвоночных за десятки миллионов лет до начала так называемой "Эры рыб", около 420 миллионов лет назад.

Исследователи выявили особенности, которые отличают Фаньцзиншанию от любого известного позвоночного. У него есть кожные пластины плечевого пояса, которые соединяются как единое целое с рядом шипов — грудными, предплечийными и предплечьевидными. Кроме того, было обнаружено, что брюшная и боковые части плечевых пластин простираются до заднего края шипов грудных плавников. Вид имеет отчетливые чешуйки туловища с коронками, состоящими из ряда зубовидных элементов (одонтод), украшенных прерывистыми узловатыми гребнями. Характерно, что развитие дентина регистрируется в чешуе, но отсутствует в других компонентах кожного скелета, таких как шипы плавников.

"Это самая старая челюстная рыба с известной анатомией", - сказал профессор. Чжу Мин из Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии (IVPP) Китайской академии наук. "Новые данные позволили нам поместить Фаньцзиншанию в филогенетическое древо ранних позвоночных и получить столь необходимую информацию об эволюционных этапах, ведущих к возникновению важных приспособлений позвоночных, таких как челюсти, сенсорные системы и парные придатки".

С самого начала ученым было ясно, что плечевой пояс Фаньцзиншании с его множеством плавниковых шипов является ключом к точному определению положения нового вида на эволюционном древе ранних позвоночных. Они обнаружили, что группа акантодий, известная как климатииды, обладает полным набором плечевых шипов, признанных в Фаньцзиншании. Более того, в отличие от нормального развития кожных пластинок, грудные окостенения фаньцзиншании и климатоидов срослись с модифицированными чешуйками туловища. Это рассматривается как специализация от примитивного состояния челюстных позвоночных, где костные пластины растут из единого центра окостенения.

Неожиданно ископаемые кости Фаньцзиншании демонстрируют признаки обширной резорбции и ремоделирования, которые обычно связаны с развитием скелета у костистых рыб, включая людей.

"Такой уровень модификации твердых тканей беспрецедентен у хондрихтианов, группы, которая включает современных хрящевых рыб и их вымерших предков", - сказал ведущий автор доктор Пламен Андреев, исследователь из Цюцзинского педагогического университета. "Это говорит о большей, чем в настоящее время понимается, пластичности минерализованного скелета в начале диверсификации челюстных рыб".

Особенности резорбции Фаньцзиншании наиболее очевидны в изолированных чешуйках туловища, которые демонстрируют признаки зубоподобного выпадения элементов коронки и удаления кожной кости из основания чешуи. Образцы с тонкими срезами и срезы томографии показывают, что за этой стадией резорбции последовало отложение замещающих элементов коронки. Удивительно, но наиболее близкие примеры такой реконструкции скелета обнаружены в зубных рядах и кожных зубах (зубчиках) вымерших и ныне живущих костистых рыб. Однако у Фаньцзиншании резорбция не затронула отдельные зубы или зубчики, как это произошло у костистых рыб, а вместо этого удалила область, включавшую множественные чешуйчатые зубчики. Этот своеобразный механизм замещения больше напоминает восстановление скелета, чем типичную замену зубов/ дентикул у челюстных позвоночных.

Филогенетическая гипотеза для Фаньцзиншании, использующая числовую матрицу, полученную из наблюдаемых символов, подтвердила первоначальную гипотезу исследователей о том, что вид представляет собой раннюю эволюционную ветвь примитивных хондрихтианов. Эти результаты имеют глубокое значение для нашего понимания того, когда возникла челюстная рыба, поскольку они согласуются с оценками морфологических часов для возраста общего предка хрящевых и костистых рыб, датируя его примерно 455 миллионами лет назад, в период, известный как ордовик.

Эти результаты говорят нам о том, что отсутствие бесспорных останков челюстных рыб ордовикского возраста может быть объяснено недостаточным отбором образцов отложений сопоставимой древности. Они также указывают на сильную склонность к сохранению зубов, челюстей и сочлененных ископаемых позвоночных в слоях, ровесниках Фаньцзиншании.

"Новое открытие ставит под сомнение существующие модели эволюции позвоночных, значительно сокращая временные рамки появления челюстных рыб от их ближайших бесчелюстных предков. Это окажет глубокое влияние на то, как мы оцениваем темпы эволюции ранних позвоночных и взаимосвязь между морфологическими и молекулярными изменениями в этих группах", - сказал доктор Айвен Дж. Сэнсом из Бирмингемского университета.