Egy nemzetközi tanulmány kimutatta, hogy az állkapcsok változatossága alapvető fontosságú volt az első fajok evolúciójában és a szárazföld meghódításában. Nyugat-Ausztrália távoli északi területein, sziklaalakzatok között fekszenek halak ősi maradványai, amelyek választ adnak a vízben élő állatok eredetére vonatkozó kérdésekre. A tüdős halak állkapcsainak ezen lelőhelyeken talált változatossága lehetővé teszi annak megértését, hogy egyes fajok hogyan szerezték meg azokat a tulajdonságokat, amelyek idővel megkönnyítették a szárazföldi életre való átállást, és a szárazföldi gerincesek, köztük az ember megjelenését eredményezték.
A Flinders University által vezetett, a iScience folyóiratban közzétett legújabb nemzetközi tanulmányban fejlett technológiát alkalmaztak ezeknek a fosszíliáknak az elemzésére.
Az eredmények jelentős változatosságot mutattak ezeknek a halaknak az állkapcsainak formájában és funkciójában, ami alátámasztja azt a hipotézist, hogy a különböző „száj” rendelkezésre állása elengedhetetlen volt ahhoz, hogy különböző típusú táplálékhoz jussanak, együtt éljenek és diverzifikálódjanak, lehetővé téve ezzel a szárazföldi élet és az első szárazföldi állatok megjelenését.
Fosszilis lelőhely és fejlett technológia az evolúciós elemzéshez
A nyugat-ausztráliai Canning-medencében található Gogo-formáció azért különleges, mert az ott talált halfosszíliák mintegy 380 millió év alatt háromdimenziós formában maradtak fenn. Ez a rendkívüli állapot lehetővé teszi, hogy a maradványokat szinte érintetlenül vizsgálják, ami alapvető fontosságú a tudományos kutatások előrehaladásához.
A Flinders University szerint a területen tizenegy különböző fajhoz tartozó tüdős hal példányait azonosították. A háromdimenziós megőrzésnek köszönhetően ezeket be lehetett szkennelni és nagy pontosságú digitális modellekké alakítani, ami megkönnyíti szerkezetük részletes elemzését.
A kutatást Dr. Alice Clement, John Long professzor, Joshua Bland paleontológus és Dr. Olga Panagiotopoulou vezette, Ausztrália és Egyesült Államok kollégáiból álló csapattal, amely számítógépes tomográfiát alkalmazott a fosszilis állkapcsok háromdimenziós virtuális másolatainak elkészítéséhez. Ezt követően végeselem-elemzéssel – egy mérnöki munkában gyakran alkalmazott technikával – becsülték meg a szerkezetek ellenállását különböző terhelésekkel, például nyomással vagy hajlítással szemben. Ez lehetővé tette a halak harapásának szimulálását és állkapcsuk szilárdságának kiszámítását.
A legfontosabb eredmények között szerepel az állkapocs típusok jelentős változékonysága. Korábban csak két típust – finom és erős állkapcsokat – tartottak számon, de a részletes tanulmány több közbülső konfiguráció létezését is bizonyította.
Állkapocs-diverzitás és táplálkozási specializáció
Az elemzés kimutatta, hogy ezek a halak, hasonlóan a mai állatokhoz, különböző típusú állkapcsokkal rendelkeztek, amelyek különböző táplálékforrásokhoz alkalmazkodtak. Egyes fajok kemény táplálékra, például csigákra vagy páncélos szervezetekre specializálódtak, míg mások puha táplálékot fogyasztottak. Ez a táplálkozási diverzifikáció lehetővé tette, hogy több mint tíz faj éljen együtt ugyanabban a környezetben, mindegyik egy sajátos táplálkozási fülkéhez alkalmazkodva, ami csökkentette a közvetlen versengést. A Flinders University részletesen kifejtette, hogy ez a sokféleség hozzájárult ahhoz, hogy a Gogo-formáció zátonya rendkívül gazdag fajvilággal rendelkezzen.
Dr. Alice Clement kiemelte ezeknek a halaknak az emberrel való közeli evolúciós kapcsolatát: „Ők a legközelebbi „uszonyos” rokonaink… nagyon közel állnak az első négylábú állatokhoz, amelyek a vízből a szárazföldre költöztek” – mondta Clement.
A kutatók szerint a tüdős halak (Dipnoi), amelyekből ma már csak hat faj él a világon, a négylábú gerincesek (tetrapodák) evolúciós vonalához állnak legközelebb, amely csoportba a békák, a hüllők, a madarak és az emlősök tartoznak. Ez a több mint 400 millió éves leszármazási vonal a devon időszakban terjedt el világszerte.
Alkalmazkodás, tudományos rekonstrukció és a tanulmány kihívásai
Bár ma már csak kevés faj maradt fenn, a tanulmány rámutatott, hogy a felfedezett fosszíliák tanúsítják a múltban létezett szájformák hatalmas változatosságát. A különböző állkapocsváltozatok jelenléte elősegítette új fajok megjelenését és megkönnyítette egyesek szárazföldi környezetbe való átállását. A különböző táplálékforrások kiaknázásának képessége meghatározó volt a szárazföldi gerincesek, köztük az emlősök evolúciójában.
A tudományos csapat elismeri, hogy ilyen ősi fosszíliák kutatása jelentős kihívásokkal jár. Például nem ismerik pontosan ezeknek a halaknak a csontjainak és izmainak eredeti keménységét, ezért a mai állatokra és bizonyos feltételezésekre alapuló becslésekre támaszkodnak, ami hibalehetőséget jelent.
Ezenkívül az állkapocs izomzatának rekonstruálásához modern halakat használnak összehasonlításként, ami bár nem teljesen pontos, de a valósághoz viszonylag közel álló eredményeket ad.
Ezeknek a kihívásoknak ellenére a kutatás a fosszilis halak harapási erejéről és állkapocsának működéséről eddig legátfogóbb tanulmány, amely szilárd alapot teremt a jövőbeli tudományos kutatásokhoz.
A Gogo-formációban tett felfedezések bizonyítják, hogy a tüdős halak állkapocs- és fogazatának sokfélesége döntő szerepet játszott a különböző halfajok, és végül a szárazföldi életre alkalmassá váló állatok megjelenésében. A különböző szájformák révén minden faj specializálódhatott egy adott táplálkozásra, elkerülve a közvetlen versenyt, ami hozzájárult új fajok megjelenéséhez.
Ezeknek a fosszíliáknak a tudományos vizsgálata lehetővé teszi az evolúció egyik legfontosabb mérföldkövének, a vízi életből a szárazföldi életbe való átmenetnek a vizualizálását és megértését. Így kiderül, hogy a speciális állkapcsú ősi halak lettek az összes mai, vízen kívül élő gerinces állat távoli ősei.