Les rayons X semblent révéler l'os le plus ancien du disque fossile

Il y a plus de 400 millions d'années, un étrange poisson sans mâchoire a nagé dans les océans du monde. Ce poisson avait un squelette flexible - un matériau étrange et semblable à l’os qui ne ressemblait pas à l’os actuel - qui a défié la catégorisation depuis la mort de son propriétaire initial, il y a des millions d’années. Mardi, une étude à Nature Ecologie et Evolution rapporte que nous avons enfin compris ce que c'est. C’est l’exemple d’os le plus ancien de l’ensemble des archives fossiles.

Les auteurs concluent que le matériel squelettique observé dans ce poisson ancien - faisant partie d’un groupe appelé hétérostracanes - est appelé aspidine. Ce matériau, explique l'auteur de l'étude, Joseph Keating, Ph.D., paléobiologiste à l'Université de Manchester, est presque impossible à caractériser car il ne ressemble à aucun des quatre types de tissus - os, cartilage, dentine et émail - qui composent les os et les dents d'aujourd'hui. Lorsque les biologistes ont précédemment examiné les fossiles d'aspidine au microscope, ils ont été perplexes de trouver une structure ramifiée entrecroisée.

Les types d’os que nous connaissons aujourd’hui ne se croisent pas au microscope, il a donc été difficile de déterminer si l’aspidine était réellement un os. «Depuis 160 ans, les scientifiques se demandent si l’aspidine est une étape de transition dans l’évolution des tissus minéralisés», explique Keating. Mais les rayons X détaillés de son équipe sur les hétérostracés fossiles ont montré qu’ils représentaient probablement une étape très importante de l’évolution des os: la toute première.

Un composant majeur de l'os est une «matrice organique» de protéines telles que le collagène, qui s'assemblent pour former un échafaudage auquel les minéraux peuvent s'attacher, ce qui rend plus dur le tissu par ailleurs spongieux. Dans les os où nous sommes habitués, cette matrice est généralement structurée en tubes qui sont linéaire, ce qui est jugé nécessaire pour la minéralisation des os.

En raison de la structure apparemment entrecroisée de l’aspidin, des chercheurs avaient précédemment conclu qu’il ne pouvait contenir ces composants minéraux de la matrice. En d'autres termes, bien que cela ressemble beaucoup à de l'os, ce n'était probablement pas - probablement le prédécesseur de l'évolution de l'os minéralisé.

Keating, cependant, décida d'examiner de plus près l'aspidin. Il a passé plus de 100 heures à scruter les restes fossiles de squelettes hétérostracés, en utilisant une technique appelée tomographie synchrotron, qui utilise un type de rayons X si puissant qu'il nécessite un accélérateur de particules pour fonctionner. Keating a trouvé son accélérateur de particules à l'Institut Paul Scherrer en Suisse, où il a utilisé ces rayons X de haute qualité pour construire un modèle tridimensionnel des squelettes d'aspidine.

Regardant plus attentivement que jamais, Keating découvrit que la traversée entrecroisée qui avait été si déroutante dans le passé avait disparu. «J’ai découvert que ces tubes étaient strictement linéaires et n’avaient aucune ramification», a-t-il écrit dans un billet de blog La nature. "Les images des études précédentes semblent être le résultat d'une coupe bidimensionnelle à travers des tubes enchevêtrés et se chevauchant, donnant l'apparence d'une ramification."

Le modèle 3D a révélé que les tubes étaient en réalité linéaires, mais qu'ils apparaissaient empilés les uns sur les autres dans des directions croisées aléatoires. Pendant des décennies, il a réalisé que lorsque les chercheurs examinaient les tubes à rayons X bidimensionnels, ils semblaient avoir été aplatis, formant ainsi un motif de ramification qui n’indiquait pas leur véritable structure. Les auteurs soulignent que ces tubes contiennent du collagène, la protéine d'échafaudage qui contribue à la minéralisation.

«Nous montrons que les espaces présentent une morphologie linéaire», écrivent les auteurs. «Ces espaces représentent plutôt des faisceaux de fibres de collagène intrinsèques qui forment un échafaudage autour duquel le minéral a été déposé. Aspidin est donc un os dermal acellulaire."

Cette toute petite différenciation a des conséquences stupéfiantes lorsqu'il s'agit de déterminer quand les squelettes minéralisés, comme ceux observés chez l'homme, ont évolué. En montrant simplement que ces poissons avaient des squelettes minéralisés, cette équipe a fixé cette date à quelques millions d'années:

"Ces résultats changent notre vision de l'évolution du squelette", conclut Phil Donoghue, Ph.D., co-auteur et paléobiologiste de l'Université de Bristol. "Nous montrons qu'il s'agit en fait d'un type d'os et que tous ces tissus doivent avoir évolué des millions d'années auparavant."