Quando alguns peixes marinhos eventualmente se adaptaram à vida em água doce, muitos adquiriram meios de audição mais elaborados, incluindo ossos do ouvido médio semelhantes aos humanos.
Dois terços das espécies de água doce hoje dependem de um ouvido médio especializado conhecido como aparelho weberiano. Este grupo abrange mais de 10.000 espécies, desde bagres até peixes favoritos do aquário, como tetras e peixes-zebra. O sistema Weberiano permite-lhes detectar frequências sonoras muito mais elevadas do que a maioria dos peixes marinhos, atingindo um alcance próximo da audição humana.
O paleontólogo Juan Liu, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, testou 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 corrigem a linha do tempo
Acredita-se há muito tempo que os peixes Otophysan, que possuem um sistema auditivo weberiano, entraram em águas doces há cerca de 180 milhões de anos, antes de Pangea se dividir nos continentes que reconhecemos hoje. O trabalho de Liu aponta para uma origem posterior, há cerca de 154 milhões de anos, no final do período Jurássico, depois de a Pangeia ter começado a desintegrar-se e a tomar a forma dos oceanos modernos.
Análises de dados fósseis e genômicos indicam que os precursores dos ossos auditivos aumentados apareceram pela primeira vez quando esses peixes viviam no oceano. A audição sensorial totalmente refinada evoluiu depois que duas linhagens distintas colonizaram a água doce: uma que deu origem aos bagres, peixes-faca e tetras africanos e sul-americanos, e outra que deu origem às carpas, ventosas, peixinhos e peixes-zebra, a maior ordem de peixes de água doce.
“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. “Durante muito tempo, o consenso foi que esses peixes ósseos tinham uma única origem de água doce no grande continente da Pangéia e depois se espalharam com a divisão de diferentes continentes. A análise da minha equipe de alguns fósseis fantásticos lançou uma nova luz sobre a história evolutiva dos peixes de água doce e produziu resultados completamente diferentes: pelo menos dois ancestrais peixes do ancestral comum mais recente foram lontras e martas. Introgressão após essa divisão de linhagem.
Esta reinterpretação remodela a forma como os cientistas veem a história evolutiva e a complexa biogeografia deste grupo de água doce notavelmente bem-sucedido, acrescentou. “Essas repetidas incursões em água doce durante o estágio de Divergência Inicial provavelmente aceleraram a especiação e são o fator-chave que explica a notável hiperdiversidade de autofisanos na fauna moderna de água doce.”
Liu e seus colegas descreveram e nomearam o peixe fóssil de 67 milhões de anos, Acronichthys maccagnoiEm um artigo publicado em 2 de outubro na revista ciência. Nesse artigo, os pesquisadores usaram varreduras 3D de estruturas fósseis weberianas e analisaram os genomas e a morfologia dos peixes modernos para revisar a genealogia dos peixes de água doce e simular a resposta de frequência das estruturas do ouvido médio dos peixes fósseis.
Como funciona a audição subaquática
A audição na água depende de estruturas diferentes da audição no ar. Muitos vertebrados terrestres detectam o som com um tímpano que vibra e aciona uma corrente no osso do ouvido médio que amplifica o sinal antes que ele alcance o ouvido interno cheio de líquido; Nos humanos, esses ossos são o martelo, a bigorna e o estribo.
Como o corpo do peixe está próximo da densidade da água, as ondas sonoras passam por ele. Muitos peixes desenvolvem, portanto, uma bexiga de ar interna que vibra com sons transitórios. Na maioria das espécies de água salgada, as vibrações atingem apenas fracamente o ouvido interno, limitando a audição a baixas frequências abaixo de cerca de 200 Hz.
Os peixes autophysan desenvolveram esse caminho adicionando pequenos “ossículos” ósseos que conectam a bexiga de ar, muitas vezes chamada incorretamente de bexiga natatória, ao ouvido interno. Esta conexão melhora e amplifica a sensibilidade da audição. O peixe-zebra, por exemplo, pode detectar sons de até 15.000 Hz, próximo ao limite superior de 20.000 Hz em humanos.
Por que a audição de alta frequência é eficaz permanece uma questão em aberto. Isto pode reflectir a diversidade destes habitats de peixes, desde riachos rápidos a lagos estagnados.
Liu estuda o aparato weberiano em peixes vivos e fósseis e, no ano passado, publicou uma simulação computacional de como o aparato funciona. Esta simulação permitiu-lhe estimar a resposta de frequência dos ossículos ósseos e, portanto, a sensibilidade auditiva dos peixes.
Um pequeno fóssil de Alberta com insights descomunais
Ao longo de seis temporadas de campo iniciadas em 2009, o ictiólogo e coautor Michael Newbrey, da Columbus State University, na Geórgia, Alberta, Canadá, escavou e coletou numerosos espécimes do recém-nomeado peixe fóssil, com apenas 5 centímetros de comprimento. Os fósseis estão guardados no Royal Tyrrell Museum em Drumheller, Alberta. Alguns espécimes estavam tão bem preservados que os ossos do ouvido médio eram claramente weberianos. O peixe é o fóssil mais antigo de um peixe autofisano, ou Autophyceus, da América do Norte, do final do período Cretáceo, pouco antes do desaparecimento dos dinossauros não-aviários. Espécimes mais antigos foram encontrados em outras partes do mundo, mas nenhum tinha um aparelho weberiano bem preservado, disse Liu.
Técnicos da 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 ossículos do aparelho weberiano em seu laboratório. O modelo sugere que, mesmo há 67 milhões de anos, os peixes autofisários tinham uma audição quase tão sensível como o peixe-zebra de hoje.
“Não tínhamos certeza se era um aparelho weberiano totalmente funcional, mas parece que a simulação funcionou”, disse Liu. “A potência de saída do aparelho weberiano é um pouco mais baixa, o que significa menos sensibilidade do que um peixe-zebra. Mas o pico, a frequência mais sensível, não é muito mais baixo do que o do peixe-zebra – entre 500 e 1.000 hertz – o que não é nada mau e significa que este peixe deveria ter alcançado uma frequência de audição antiga mais elevada.”
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 uma audição mais sensível.
“Durante muito tempo, levantamos a hipótese de que as Otophyceae eram provavelmente de origem de água doce porque este grupo consiste quase exclusivamente de peixes de água doce”, disse Newbrey. “A nova espécie fornece informações importantes para uma nova interpretação dos caminhos evolutivos dos Otophysi de origem marinha. Faz muito mais sentido.”
Outros colaboradores do artigo são Donald Brinkman, do Royal Tyrrell Museum, Alison Murray, da Universidade de Alberta, Jehua Zhu, ex-graduado da UC Berkeley, agora estudante de graduação na Michigan State University, e Lisa van Loon, e Neil Banerjee, da Western University em Londres, Ontário. Liu foi financiado por uma bolsa de pesquisa Franklin da American Philosophical Society.
