Logo: to the web site of Uppsala University

Chondrichthyans are cartilaginous fishes that have roamed the Earth since the Silurian. They provide a unique perspective on the early steps of our own skeletal evolution as jawed vertebrates. Although sharks have long been considered a basal group with primitive characters, a growing body of fossil evidence demonstrates that they are highly derived. Studies conducted on chondrichthyans show that the cartilage microstructure is extremely diversified. This study will characterize the diversity of cartilaginous tissues in the Meckel’s cartilage of extant chondrichthyans and extant osteichthyans, based on fourteen scans of nine taxa. The scans were taken at the ESRF-EBS in Grenoble, using the cutting-edge DICE-PPC-SRµCT technology. They were then processed using machine-learning based segmentation. A comparison of the data through quantitative methods was also carried out to identify character states that should be investigated in future studies on stem chondrichthyans. These parameters were then tested on a few stem chondrichthyans.

Similarities were found between chondrichthyans and osteichthyans, such as larger cells in the center and smaller ones on the periphery of the cartilage. In osteichthyans, a dorso-ventral alignment was observed in the younger specimens. Chondrichthyans displayed clustered chondrocytes in the post juvenile stages, as well as a cartilage packed with small chondrocytes in the younger specimens. All these features were then tested on the stem-chondrichthyan Diplacanthus crassisimus and on the enigmatic Palaeospondylus gunni. The lacunae volume of this specimen was comparable with the larva specimen of Polypterus senegalus, while the inter-lacunae distance was more chondrichthyan-like in our dataset.

Further investigation should be done to find out to prove a possible link between the chondrocyte arrangement and the biomechanics of the organisms. The identified character states should also be tested on other extinct specimens to verify the methods. 

Ryggradsdjur är djur som har ett skelett. De inkluderar fiskar, amfibier, reptiler, däggdjur och fåglar. Denna grupp kan delas upp i två undergrupper: Agnatha, käklösa fiskar, och Gnathostomata, käkförsedda ryggradsdjur. Benfiskar (Osteichthyes) är en av huvudgrupperna av Gnathostomata. De har förbenade skelett och inkluderar fiskar som laxen, men också fyrbenade ryggradsdjur, som axolotlen. Broskfiskar (Chondrichthyes) är den andra stora gnatostomgruppen. De är en typ av vattenlevande ryggradsdjur med broskskelett och inkluderar hajar och rockor. Hajar har historiskt sett betraktats som primitiva organismer, representativa för de tidiga förfäderna till käkförsedda ryggradsdjur, men på senare tid har fossil visat att de egentligen är mycket härledda. Studier som gjorts på brosket hos Chondrichthyes har visat att de är extremt härledda när det gäller broskets utveckling.

I den här studien tittade vi på mångfalden av broskvävnader i såväl levande broskfiskar som i levande benfiskar, genom att fokusera på brosk strukturer belägna i underkäken som kallas för Meckels brosk. Vårt arbete bygger på fjorton 3D-röntgenbilder framtagna med synkrotron från nio olika nulevande arter. Data jämfördes för att identifiera utmärkande egenskaper hos brosket på cellnivå för båda grupperna som skulle kunna hjälpa till för framtida studier på fossila exemplar. Dessa parametrar testades även här på en tidig fossil broskfisk.

 Specifika egenskaper identifierades för båda grupperna. Osteichthyes har långt och smalt brosk, och deras celler är orienterade i samma riktning i de yngre exemplaren. Hos Chondrichthyes bildar cellerna grupper i de äldre exemplaren, medan cellerna hos de yngre exemplaren är många och utspridda i hela brosket. Alla dessa egenskaper samlades sedan in och jämfördes med inskanning av två tidiga fossila fiskar. Den visade sig ha liknande cellvolym som levande benfiskar, men avståndet mellan cellerna liknade det hos levande broskfiskar.

Denna studie skulle kunna kompletteras med ytterligare arbete för att avgöra om organismens livsstil kan påverka organiseringen av celler i brosket. De identifierade egenskaperna måste bekräftas genom att testas på fler fossil.