最古老的多腔心臟已在西澳大利亞的化石中被發現。
這些具有兩個腔室的器官，可以追溯到大約 3.8 億年前，儲存在古代的、稱為盾皮魚的帶甲魚類的非凡三維化石中，盾皮魚是4億多年前第一批進化出頜的脊椎動物。這些有頜魚類代表著向今天大多數有脊椎動物（包括人類）的身體結構的進化飛躍。化石表明，進化並沒有花太長時間就形成了這種基本的身體結構：在進化史上的這個時間點，盾皮魚中 S 形的心臟已經與其他器官完全分離，位於新進化出的頜附近。心臟與腹部器官的分離至今仍然可見。
澳大利亞科廷大學的古生物學家凱特·特里納吉斯蒂克（Kate Trinajstic）說：“在我們作為有頜脊椎動物的進化史的開端，就發生了大量的複雜性。”她是這項新研究的負責人。
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這些魚類化石還包含肝臟和腸道，以及儲存完好的胃，胃內壁的褶皺仍然可見。這些器官是任何有頜脊椎動物中最早以三維形式儲存下來的。研究合著者、瑞典烏普薩拉大學的古生物學家佩爾·阿赫爾貝格（Per Ahlberg）說，這種三維儲存非常罕見。這項研究中的盾皮魚長到大約 10 英寸（25 釐米）長，曾經在由海綿和疊層石（由微生物沉積的沉積岩）組成的古代珊瑚礁中游蕩。當這些魚死亡時，它們的一些屍體被衝出珊瑚礁，進入含氧量極低且含有大量硫化氫的水層。這些水層中的細菌在屍體周圍形成生物膜，吸引礦物質，將魚包裹在保護性的外殼中，防止它們像大多數化石那樣被壓扁。“這有點奇怪，”阿赫爾貝格說。“你看看這些傢伙，當它們到達海底時，它們可能已經半礦化了。”
動畫展示了盾皮魚化石以及儲存下來的器官的位置，包括S形心臟。圖片來源：Alice Clement
特里納吉斯蒂克和她的團隊之前在相同的盾皮魚化石中發現了礦化的肌肉組織。他們使用了非侵入性技術，用 X 射線和中子束對化石進行成像。研究人員知道這些化石可能包含更多內容。對於 9 月 15 日發表在《科學》雜誌上的這項新研究，他們在法國格勒諾布林的歐洲同步輻射裝置和澳大利亞核科學與技術組織分析了這些樣本。格勒諾布林阿爾卑斯大學的博士後古生物學家和物理學家拉拉·馬爾達尼斯（Lara Maldanis）說，這些設施的成像技術可以顯示出與周圍岩石僅有細微差異的結構的精細細節，她沒有參與這項新研究。
對於 3.8 億年前的器官來說，這些結構看起來與現代解剖結構並沒有那麼大的不同。腸道像肉桂卷一樣呈螺旋狀，而胃有肌肉層和腺體層，表明魚類使用了消化液。雙葉肝臟很大，可能有助於保持魚的浮力，就像今天的鯊魚肝臟一樣，阿赫爾貝格說。心臟有兩個腔室，類似於無頜脊椎動物（如七鰓鰻）的心臟，但這些腔室是堆疊的，因此心房朝向動物的背部，心室朝向胸部。馬爾達尼斯說，這與較老的無頜脊椎動物中腔室並排排列的方式不同，馬爾達尼斯是 2016 年報道首個化石脊椎動物心臟的巴西團隊的成員。
2016 年研究的主要作者、巴西塞阿拉州首席健康科學家何塞·澤維爾·內羅（José Xavier Nero）說，發現心臟尤其令人興奮，但他沒有參與這項新工作。他和他的團隊在巴西發現了一條可追溯到 1.13 億年前的魚的化石心臟。
澤維爾·內羅說：“這確實非常令人興奮。在我們最初的發現僅六年之後，很高興看到其他小組也能夠報告化石心臟。這個領域真的很新，我們真的需要高質量的資料。”
特里納吉斯蒂克說，同樣令人興奮的是顯然沒有肺：儘管看起來違反直覺，但魚類是第一批進化出肺的動物。有些魚，如名副其實的肺魚，仍然用肺呼吸空氣。另一些魚則進行了進化改造，將肺改作魚鰾，即提供水下浮力的充氣囊。特里納吉斯蒂克說，在盾皮魚化石中沒有發現肺的跡象，這表明這些器官的發育發生在硬骨魚與盾皮魚分化之後。（軟骨魚，如鯊魚，沒有進化出肺，而是像盾皮魚一樣，用肝臟來獲得浮力。）
阿赫爾貝格說，儲存盾皮魚的澳大利亞岩石中還儲存著許多其他魚類的化石，因此未來的研究可能會側重於比較跨物種的三維解剖結構。盾皮魚可能還會有更多的驚喜。“我想找到一個大腦，”特里納吉斯蒂克說。