Dois terços das espécies de água doce hoje dependem de um ouvido médio especializado conhecido como aparelho weberiano. Este grupo inclui mais de 10.000 espécies, desde bagres até tetras e peixes-zebra favoritos. O sistema Weberiano permite detectar frequências sonoras mais altas do que a maioria dos peixes marinhos, atingindo um alcance mais próximo da audição humana.

O paleontólogo da Universidade da Califórnia, Berkeley, Juan Liu, estudou o aparato weberiano em um peixe fóssil recém-descrito e usou sua anatomia para atualizar a linha do tempo de como os peixes de água doce evoluíram.

Evidências fósseis revisam a cronologia

Há muito que se acredita que o Otophysan, um peixe com uma estrutura auditiva weberiana, tenha entrado em águas doces há cerca de 180 milhões de anos, antes de Pangea se dividir nos continentes que reconhecemos hoje. O trabalho de Liu sugere que os oceanos modernos começaram a tomar forma depois que a Pangeia começou a se fragmentar no final do período Jurássico, há 154 milhões de anos.

Análises de fósseis e dados genéticos indicam que os precursores dos ossos auditivos avançados apareceram pela primeira vez quando estes peixes ainda viviam no oceano. A audição sensível e totalmente refinada evoluiu depois que duas linhagens distintas colonizaram a água doce: uma deu origem ao bagre, ao peixe-faca e aos tetras africanos e sul-americanos, e a outra produziu a maior linhagem de peixes de água doce, carpas, ventosas, peixinhos e peixes-zebra.

“O ambiente marinho é o berço de muitos vertebrados”, disse Liu, professor assistente de biologia integrativa e curador assistente do Museu de Paleontologia da UC. Há muito que é consenso que estes peixes ósseos tiveram origem em água doce no grande continente Pangéia e depois dispersaram-se à medida que os diferentes continentes se dividiram. A análise do meu grupo de alguns fósseis fantásticos lançou uma nova luz sobre a história evolutiva dos peixes de água doce e produziu resultados completamente diferentes. Romper.”

Esta reinterpretação está a remodelar a forma como os cientistas veem tanto a história evolutiva como a complexa biogeografia deste grupo de água doce notavelmente bem sucedido, acrescentou. “Essas incursões repetidas em água doce durante a fase inicial de divergência podem ter acelerado a especiação e são fatores-chave para explicar a extraordinária alta diversidade de otopysans na fauna moderna de água doce”.

Liu e seus colegas descreveram e nomearam o peixe fóssil de 67 milhões de anos. Acronichthys maccagnoiEm artigo publicado na revista de 2 de outubro Ciência. Nesse artigo, os pesquisadores analisaram varreduras 3D da estrutura weberiana do fóssil e dos genomas e morfologia dos peixes modernos para revisar a linhagem dos peixes de água doce e simular a resposta de frequência da estrutura do ouvido médio do peixe fóssil.

Como ouvir debaixo d’água

A audição na água depende de estruturas diferentes da audição no ar. Muitos vertebrados terrestres detectam o som através dos tímpanos que vibram e ativam uma cadeia de ossos do ouvido médio que amplificam o sinal antes que ele chegue ao ouvido interno cheio de líquido; Nos humanos, esses ossos são martelo, bigorna e estribo.

Como o corpo do peixe está próximo da água, as ondas sonoras passam por ele. Muitos peixes desenvolveram uma bexiga de ar interna que vibra com sons passageiros. Na maioria das espécies de água salgada, as vibrações atingem apenas fracamente o ouvido interno, limitando a audição a frequências abaixo de 200 Hz.

Os peixes otopysan desenvolveram esse caminho adicionando pequenos “ossos” ósseos que fixam a bexiga de ar, muitas vezes erroneamente chamada de bexiga natatória, ao ouvido interno. Essa conexão aumenta e expande a sensibilidade auditiva. Por exemplo, o peixe-zebra pode detectar sons de até 15.000 Hz, que se aproxima da faixa de pico de 20.000 Hz em humanos.

Por que a audição de alta frequência é benéfica permanece uma questão em aberto. Isto pode refletir a variedade de habitats que estes peixes ocupam, desde riachos de movimento rápido até lagos tranquilos.

Liu estuda o aparato weberiano em peixes vivos e fósseis e, no ano passado, publicou uma simulação computacional de como o aparato funciona. Essa simulação permite prever a resposta de frequência dos ossículos ósseos e, portanto, a sensibilidade auditiva dos peixes.

Um minúsculo fóssil de Alberta com uma superabundância de inteligência

Vários espécimes do recém-nomeado peixe fóssil, com apenas 5 centímetros de comprimento, foram desenterrados e coletados ao longo de seis temporadas de campo, iniciadas em 2009, pelo ictiólogo e coautor Michael Newbrey, da Columbus State University, na Geórgia, Alberta, Canadá. Os fósseis estão guardados no Royal Tyrrell Museum em Drumheller, Alberta. Um par de espécimes estava bem preservado, sendo os ossículos do ouvido médio distintamente weberianos. O peixe é o mais antigo fóssil norte-americano conhecido de um peixe otopyson, ou otopysi, do final do período Cretáceo, pouco antes da extinção dos dinossauros não-aviários. Espécimes mais antigos foram encontrados em outras partes do mundo, mas nenhum deles possui um aparelho weberiano bem preservado, disse Liu.

Técnicos com uma fonte de luz canadense da Universidade de Saskatchewan em Saskatoon e da Universidade McGill em Montreal capturaram imagens de raios X 3D dos peixes, e Liu modelou os ossos do aparelho weberiano em seu laboratório. O modelo sugere que, mesmo há 67 milhões de anos, os peixes otopyson eram tão sensíveis como o peixe-zebra hoje.

“Não sabemos se este é um instrumento weberiano totalmente funcional, mas acontece que a simulação funcionou”, disse Liu. “O aparelho weberiano tem uma potência de saída mais baixa, o que significa menos sensibilidade em comparação com um peixe-zebra. Mas o pico, a frequência mais sensível, não é muito inferior ao do peixe-zebra – entre 500 e 1.000 Hz – o que não é tão ruim e este peixe velho deve atingir uma frequência mais alta ao ouvir.”

O que isso significa para a evolução e a diversidade

Os resultados sublinham um padrão mais amplo na evolução: explosões de novas espécies seguem-se frequentemente a incursões repetidas em novos habitats, especialmente quando os organismos desenvolvem inovações como a audição hipersensível.

“Durante muito tempo, assumimos que Otobici poderia ter origem em água doce porque este grupo consistia quase exclusivamente de peixes de água doce”, disse Newbrey. “A nova espécie fornece informações importantes para uma nova interpretação das trajetórias evolutivas das otopíceas de origem marinha. Faz muito sentido.”

Os outros coautores do artigo são Donald Brinkman, do Royal Tyrrell Museum, Alison Murray, da Universidade de Alberta, ex-graduanda da UC Berkeley, agora estudante de pós-graduação na Michigan State University, e Lisa van Loon e Neil Banerjee, da Western University, em Londres. Liu recebeu uma bolsa de pesquisa Franklin da American Philosophical Association.