最古老的多腔心脏已在西澳大利亚的化石中被发现。
这些具有两个腔室的器官，可以追溯到大约 3.8 亿年前，保存在古代的、称为盾皮鱼的带甲鱼类的非凡三维化石中，盾皮鱼是4亿多年前第一批进化出颌的脊椎动物。这些有颌鱼类代表着向今天大多数有脊椎动物（包括人类）的身体结构的进化飞跃。化石表明，进化并没有花太长时间就形成了这种基本的身体结构：在进化史上的这个时间点，盾皮鱼中 S 形的心脏已经与其他器官完全分离，位于新进化出的颌附近。心脏与腹部器官的分离至今仍然可见。
澳大利亚科廷大学的古生物学家凯特·特里纳吉斯蒂克（Kate Trinajstic）说：“在我们作为有颌脊椎动物的进化史的开端，就发生了大量的复杂性。”她是这项新研究的负责人。
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这些鱼类化石还包含肝脏和肠道，以及保存完好的胃，胃内壁的褶皱仍然可见。这些器官是任何有颌脊椎动物中最早以三维形式保存下来的。研究合著者、瑞典乌普萨拉大学的古生物学家佩尔·阿赫尔贝格（Per Ahlberg）说，这种三维保存非常罕见。这项研究中的盾皮鱼长到大约 10 英寸（25 厘米）长，曾经在由海绵和叠层石（由微生物沉积的沉积岩）组成的古代珊瑚礁中游荡。当这些鱼死亡时，它们的一些尸体被冲出珊瑚礁，进入含氧量极低且含有大量硫化氢的水层。这些水层中的细菌在尸体周围形成生物膜，吸引矿物质，将鱼包裹在保护性的外壳中，防止它们像大多数化石那样被压扁。“这有点奇怪，”阿赫尔贝格说。“你看看这些家伙，当它们到达海底时，它们可能已经半矿化了。”
动画展示了盾皮鱼化石以及保存下来的器官的位置，包括S形心脏。图片来源：Alice Clement
特里纳吉斯蒂克和她的团队之前在相同的盾皮鱼化石中发现了矿化的肌肉组织。他们使用了非侵入性技术，用 X 射线和中子束对化石进行成像。研究人员知道这些化石可能包含更多内容。对于 9 月 15 日发表在《科学》杂志上的这项新研究，他们在法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射装置和澳大利亚核科学与技术组织分析了这些样本。格勒诺布尔阿尔卑斯大学的博士后古生物学家和物理学家拉拉·马尔达尼斯（Lara Maldanis）说，这些设施的成像技术可以显示出与周围岩石仅有细微差异的结构的精细细节，她没有参与这项新研究。
对于 3.8 亿年前的器官来说，这些结构看起来与现代解剖结构并没有那么大的不同。肠道像肉桂卷一样呈螺旋状，而胃有肌肉层和腺体层，表明鱼类使用了消化液。双叶肝脏很大，可能有助于保持鱼的浮力，就像今天的鲨鱼肝脏一样，阿赫尔贝格说。心脏有两个腔室，类似于无颌脊椎动物（如七鳃鳗）的心脏，但这些腔室是堆叠的，因此心房朝向动物的背部，心室朝向胸部。马尔达尼斯说，这与较老的无颌脊椎动物中腔室并排排列的方式不同，马尔达尼斯是 2016 年报道首个化石脊椎动物心脏的巴西团队的成员。
2016 年研究的主要作者、巴西塞阿拉州首席健康科学家何塞·泽维尔·内罗（José Xavier Nero）说，发现心脏尤其令人兴奋，但他没有参与这项新工作。他和他的团队在巴西发现了一条可追溯到 1.13 亿年前的鱼的化石心脏。
泽维尔·内罗说：“这确实非常令人兴奋。在我们最初的发现仅六年之后，很高兴看到其他小组也能够报告化石心脏。这个领域真的很新，我们真的需要高质量的数据。”
特里纳吉斯蒂克说，同样令人兴奋的是显然没有肺：尽管看起来违反直觉，但鱼类是第一批进化出肺的动物。有些鱼，如名副其实的肺鱼，仍然用肺呼吸空气。另一些鱼则进行了进化改造，将肺改作鱼鳔，即提供水下浮力的充气囊。特里纳吉斯蒂克说，在盾皮鱼化石中没有发现肺的迹象，这表明这些器官的发育发生在硬骨鱼与盾皮鱼分化之后。（软骨鱼，如鲨鱼，没有进化出肺，而是像盾皮鱼一样，用肝脏来获得浮力。）
阿赫尔贝格说，保存盾皮鱼的澳大利亚岩石中还保存着许多其他鱼类的化石，因此未来的研究可能会侧重于比较跨物种的三维解剖结构。盾皮鱼可能还会有更多的惊喜。“我想找到一个大脑，”特里纳吉斯蒂克说。