Prehistoric ghost shark Helicoprions spiral-toothed jaw explained

efter ett sekel av färgglada gissningar har CT-skanningar avslöjat vad som verkligen händer inuti den mardrömmiga käften av Helicoprion, en stor, 270 miljoner år gammal broskfisk med en utarbetad tänder som ligger i mitten av munnen.

år 1899 gav den ryska geologen Alexander Petrovich Karpinsky denna sex meter långa fisk namnet Helicoprion, som betyder ”spiralsåg”, baserat på en fragmentarisk fossil som finns i Kazakstan. Eftersom sågen han beskrev hade separerats från resten av kroppen, kunde Karpinsky inte vara säker på var den skulle ha passat, så inledningsvis föreslog han att den började i fiskens mun och krullade uppåt längs nosen som en yttre lindad massa av sammansmälta tänder. Tänk en sågfisks såg, bara krökt uppåt. Ytterligare gissningar gjordes under början av 1900-talet av ett antal forskare från hela världen, inklusive den amerikanska paleontologen Charles Rochester Eastman. Eastman hade problem med tanken att en sådan otymplig apparat kunde ha möjligen satt inne i denna stackars varelse ansikte. Publicering i en 1900-utgåva av den amerikanska paleontologen, Eastman gynnade tanken att virveln sticker ut någonstans längs fiskens rygg och fungerar som en slags defensiv skärm, kanske.

några år senare följde Karpkinsky dock Eastmans tåg och föreslog att Helicoprions virvel kunde ha bildat en del av djurets svans, eller kanske utsträckt från ryggfenan, eller satt lägre ner på ryggen. 1907, amerikansk iktyolog, Oliver Perry Hay, hittade ett fossiliserat exemplar som fortfarande satt i sin naturliga position, och att döma av detta gynnade käftteorin. Men satt den i över-eller underkäken? Och satt det i båda? Sådana frågor var omöjliga att svara med de få och fragmentariska exemplar som dessa forskare var tvungna att arbeta med.

oavsett, det allmänna samförståndet i de tidigaste hypotetiska rekonstruktionerna av Helicoprion var att denna fruktansvärda, toothy whorl säkert tjänade ett defensivt syfte. Senare i århundradet har denna uppfattning förändrats, och forskare rörde sig mot tanken att virveln huvudsakligen användes för utfodring och därför var associerad med varelsens käke.

1950 upptäcktes ett avgörande Helicoprion whorl-prov av den danska paleontologen Svend Erik Bendix-Almgreen i Waterloo-gruvan nära Montpelier, Idaho. Namnet imnh 37899 och inrymt i Idaho Museum of Natural History, beskrevs det först av Bendix-Almgreen 1966. Det kan ha blivit allvarligt krossat och disartikulerat, men tillsammans med de 117 urskiljbara tandkronorna som satt på en spiral med en diameter på 23 cm var några mycket talande kranialbrosk. Detta visade för första gången att åtminstone en del av virveln fanns i Helicoprions mun.

men det begränsade inte möjligheterna. Under de senaste femtio åren har forskare föreslagit att virveln sträckte sig besvärligt från underläppen, curling under hakan; satt inuti munnen där tungan borde vara; eller kanske satt längre ner mot halsen.

nu har ett team ledt av Leif Tapanila från Institutionen för geovetenskaper vid Idaho State University, och kurator för Idaho Museum of Natural History, fått oöverträffad inblick i strukturen i Helicoprions skalle. IMNH 37899 skannades med en ACTIS-skanner vid University of Texas högupplösta röntgen-CT-anläggning, och från detta genererades en skalad, 3D-datorgenererad modell av djurets skalle.

”vår rekonstruktion innebär att tandkronan är en singulär, symfysisk struktur i underkäken som ockuperade hela längden på mandibularbågen”, rapporterade laget i Biology Letters igår. Detta innebär att i stället för att sträcka sig förbi underkäken och rulla under hakan, som tidigare föreslagits, växte virveln inuti underkäken. På detta sätt, precis som hajar har flera rader av tänder som kontinuerligt byts ut, hade Helicoprion en delvis dold tandfabrik som började nära det område där övre och nedre käftarna möts, sprang över munnen bära tungan skulle vara om den hade en, och sedan in i brosket som stöds av underkäken (se första bilden).

”kontinuerlig tillväxt av virveln skjuter tandrotskomplexet i en krökt riktning mot käftens framsida, där det så småningom spiraler för att bilda basen av det nyaste rotmaterialet, och denna process fortsätter att bilda successiva revolutioner”, säger forskarna. ”Vid någon tidpunkt, före en fullständig 360 graders utveckling av spiraltillväxt, döljs tandkronor i tessellerat brosk på överkäken.”

eftersom Helicoprion inte hade några tänder på överkäken, föreslår laget att rovfisken skulle ha brutit ner sitt mjuka byte, som bläckfiskar och små fiskar, genom att upprepade gånger skära dem med en enda rad tandade tänder. När den stängde sin stängda underkäke, drevs tänderna bakåt, ”vilket gav en effektiv skivmekanism för de bladliknande tandade tänderna och tvingade mat till baksidan av munhålan”.

Tapanila och kollegor föreslår att Helicoprions käke kunde ha sträckt sig över 50 cm lång, och några tandkronor skulle ha skrytt med cirka 150 tänder. Teamet säger också att varelsen inte är en haj, som andra har antagit, utan en chimaera (Holocephalan), som är en grupp broskfisk, även känd som råttfisk eller spökhajar som förgrenade sig från hajarna för 400 miljoner år sedan. ”Det antogs alltid att Helicoprion var en haj, men den är närmare relaterad till ratfish, en Holocephalan,” säger Tapanila. ”Det viktigaste som det har gemensamt med hajar är strukturen på tänderna, allt annat är Holocephalan.”

****

Beställ min nya bok, Zombie Tits, Astronaut Fish och andra konstiga djur, här.