Voorstelling van een Tiktaalik roseae die op zijn buikvinnen aan land kruipt.
Zina Deretsky/National Science Foundation/Public domain

Hoe de vinnen van vissen evolueerden net voor ze aan land gingen

Onderzoekers hebben meer details ontdekt over de evolutie van de vinnen van vissen tijdens de overgang naar ledematen die geschikt waren om op het land te stappen. Ze deden dat door fossielen van ongeveer 375 miljoen jaar oud te onderzoeken met CT scans. Het blijkt dat de vinstralen in de buikvinnen asymmetrisch werden en dat vissen als Tiktaalik een soort van handpalm kregen en spieren aan hun vinnen om hun gewicht te dragen. 

De paleontologen van de University of Chicago, de University of Wisconsin-Parkside en de Drexel University gebruikten een CT scan om de vorm en de structuur te onderzoeken van de vinstralen in fossielen terwijl die nog ingebed zaten in de omliggende rots. 

De beeldvormingstechniek liet de onderzoekers voor het eerst toe digitale 3D-modellen te maken van de gehele vin van Tiktaalik roseae en zijn verwanten uit het fossielenbestand. Tiktaalik wordt in het Engels een 'fishapod' genoemd omdat hij een overgangsvorm is tussen de vissen (fish) en de viervoeters (tetrapoden).

De paleontologen konden die modellen dan vervolgens gebruiken om af te leiden hoe de vinnen werkten en hoe ze veranderden tijdens de overgang naar ledematen. 

Vinstralen in een buikvin van de straalvinnige vis Mystacoleucus marginatus.
W.A. Djatmiko (Wie146)/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

Endoskelet en dermaal skelet

Veel onderzoek naar vinnen in deze belangrijke overgangsperiode spitst zich toe op de grote, afzonderlijke beenderen en stukken kraakbeen die overeenkomen met die in onze bovenarm, onderarm, pols en vingers.

Die beenderen en stukken kraakbeen staan bekend als het endoskelet - het inwendig skelet - en onderzoekers gaan na hoe deze beenderen veranderden om herkenbare armen, benen en vingers te worden bij de tetrapoden, de wezens met vier poten. 

De broze stralen en stekels in de vinnen van een vis vormen een tweede, niet minder belangrijk 'dermaal' skelet - een huidskelet - dat ook evolutionaire veranderingen onderging in deze periode. 

Ze worden vaak over het hoofd gezien omdat ze uit elkaar kunnen vallen als de dieren fossielen worden of omdat ze opzettelijk verwijderd worden door de preparatoren van de fossielen om de grotere beenderen van het endoskelet bloot te leggen. Dermale vinstralen vormen het grootste deel van het oppervlak van vele vinnen van vissen maar ze zijn volledig verloren gegaan bij de eerste wezens met ledematen. 

"We proberen de algemene tendensen en de evolutie van het dermale skelet te begrijpen voor al die andere veranderingen plaatsvonden en volledig ontwikkelde ledematen ontstonden", zei doctor Thomas Stewart, een postdoctorale onderzoeker die de leiding had over de nieuwe studie. "Als je wil begrijpen hoe dieren evolueerden om hun vinnen te gebruiken in dit deel van de geschiedenis, is dit een belangrijke reeks gegevens."

Een fossiel van een vin van een jonge Sauripterus taylori, een vis uit de late Devoon-periode met primitieve kenmerken van tetrapoden, viervoeters.
Matt Wood

Oude vinnen in 3D

Stewart en zijn collega's werkten met drie vissen met primitieve kenmerken van tetrapoden uit het late Devoon: Sauripterus taylori, Eusthenopteron foordi en Tiktaalik roseae, die in 2006 ontdekt werd door een team onder leiding van paleontoloog Neil Shubin van de University of Chicago, de senior auteur van deze nieuwe studie.

Van Sauripterus en Eusthenopteron wordt aangenomen dat ze volledig aquatisch waren - uitsluitend in het water leefden - en hun buikvinnen gebruikten om te zwemmen. Mogelijk waren ze wel in staat om zich overeind te houden met hun vinnen op de bodem van meren en rivieren. 

Tiktaalik kan in staat geweest zijn om het grootste deel van zijn gewicht op zijn vinnen te laten rusten en misschien gebruikte hij zijn vinnen zelfs om zich uit het water te wagen voor korte tochtjes over zandbanken en slikken. 

"Door de hele vin van Tiktaalik te zien, krijgen we een duidelijker beeld van hoe hij zich overeind hield en rondtrok. De vin had een soort van palm die vlak op de modderige bodems van rivieren en stromen kon liggen", zei Shubin.   

Stewart en Shubin werkten samen met student Ihna Yoo en doctor Justin Lemberg uit het lab van Shubin om specimens van deze fossielen te scannen terwijl ze nog ingebed zaten in rots. Met beeldvormings-software reconstrueerden ze dan 3D-modellen die hen toelieten het dermale skelet te bewegen, te roteren en te visualiseren alsof het volledig vrijgemaakt was uit het omringende materiaal. 

CT-beelden met de dermale vinstralen van de buikvin van Eusthenopteron.
Stewart et al. PNAS

Asymmetrisch

De modellen toonden dat de vinstralen van deze dieren eenvoudiger geworden waren, en dat de totale grootte van het netwerk van de stralen kleiner was dan bij hun meer visachtige voorouders. 

Verrassend was dat ze ook zagen dat de boven- en de onderkant van de vinnen asymmetrisch begon te worden. Vinstralen worden gevormd door paren van beenderen en bij Eusthenopteron bijvoorbeeld, was de dorsale of bovenste vinstraal iets groter dan de ventrale of onderste. De bovenste vinstralen van Tiktaalik waren verschillende keren groter dan de onderste, wat laat vermoeden dat hij spieren had die zich uitstrekten over de onderkant van zijn vinnen, zoals de vlezige basis van de handpalm, om hem te helpen zijn gewicht te dragen.

"Dit geeft meer informatie die ons toelaat te begrijpen hoe een dier zoals Tiktaalik zijn vinnen gebruikte tijdens deze overgang", zei Stewart. "Dieren gingen van vrij rondzwemmen en hun vinnen gebruiken om de stroming van het water rond hen te controleren, naar aangepast zijn aan het zich afzetten tegen het oppervlak op de bodem van het water."

Het team vergeleek ook het dermale skelet van levende vissen zoals steuren en longvissen, om de patronen te begrijpen die ze in de fossielen zagen. Ze zagen een aantal van dezelfde asymmetrische verschillen tussen de boven- en de onderkant van de vinnen, wat suggereert dat deze veranderingen een grotere rol gespeeld hebben in de evolutie van de vissen. 

"Dat geeft ons meer vertrouwen en een andere reeks gegevens die toelaat te zeggen dat deze patronen echt zijn, wijd verspreid en belangrijk voor vissen, niet enkel in het fossielenbestand met betrekking tot de overgang van vinnen naar ledematen, maar ook voor de functie van vinnen in het algemeen", zei Stewart.  

De nieuwe studie is gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de University of Chicago.

Tiktaalik, een 375 miljoen jaar oude 'fishapod', een wezen met kenmerken van vissen en van tetrapoden.
Flick Ford

Meest gelezen