Quando alguns peixes oceânicos eventualmente se adaptaram à vida em água doce, muitos também adquiriram formas mais sofisticadas de audição, incluindo ossos do ouvido médio semelhantes aos dos humanos.
Hoje, dois terços das espécies de água doce dependem de um ouvido médio especializado denominado aparelho Weber. Este grupo abrange mais de 10.000 espécies, desde bagres até favoritos de aquários, como tetrafish e zebrafish. O sistema Weber permite-lhes detectar frequências sonoras mais altas do que a maioria dos peixes marinhos, atingindo um alcance próximo da audição humana.
O paleontólogo da UC Berkeley, Juan Liu, examinou o aparelho Weber em um fóssil de peixe recém-descrito e usou sua anatomia para atualizar a linha do tempo da evolução dos peixes de água doce.
Evidências fósseis modificam a linha do tempo
Os peixes-orelha possuem o sistema weberiano e há muito se pensa que entraram em água doce há cerca de 180 milhões de anos, antes de Pangea se dividir nos continentes que reconhecemos hoje. A investigação de Liu aponta para uma origem muito posterior, há cerca de 154 milhões de anos, no final do Jurássico, quando a Pangeia começou a desintegrar-se e os oceanos modernos estavam a formar-se.
A análise de dados fósseis e genômicos sugere que os precursores dos ossos que melhoram a audição apareceram pela primeira vez enquanto esses peixes ainda viviam no mar. Duas linhagens diferentes desenvolveram uma audição perfeitamente refinada e sensível após colonizarem a água doce: uma deu origem ao peixe-gato, ao peixe-faca e aos tetrápodes da África e da América do Sul, e a outra deu origem à carpa, ao peixe sugador, ao peixinho e ao peixe-zebra (a maior ordem de peixes de água doce).
“O ambiente marinho é o berço de muitas espécies de vertebrados”, disse Liu, professor assistente de biologia integrativa e curador assistente do Museu de Paleontologia da UC. “O consenso de longa data é que estes peixes ósseos tinham uma única origem de água doce na Pangéia e depois dispersaram-se à medida que diferentes continentes se separaram. A minha equipa analisou alguns fósseis fantásticos que lançaram uma nova luz sobre a história evolutiva dos peixes de água doce e encontraram algo completamente diferente: o ancestral comum mais recente dos peixes-orelhas era uma linhagem marinha, e depois dessa divisão de linhagem, houve pelo menos duas invasões de água doce.”
Ela acrescenta que esta reinterpretação remodela a visão dos cientistas sobre a história evolutiva e a complexa biogeografia deste grupo de água doce altamente bem-sucedido. “Essas invasões repetidas de água doce durante os estágios iniciais de divergência podem ter acelerado a especiação e são um fator chave para explicar a diversidade incomumente alta de unidades auditivas na fauna moderna de água doce”.
Liu e seus colegas descreveram e nomearam o peixe fóssil de 67 milhões de anos, Peixe McCartneyum artigo publicado na edição de 2 de outubro da ciência. Nesse artigo, os pesquisadores analisaram estruturas fósseis de Weber, bem como varreduras 3D dos genomas e morfologia dos peixes modernos para corrigir a linhagem dos peixes de água doce e modelar 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 através dos tímpanos, que vibram e acionam uma série de ossos do ouvido médio que amplificam os sinais antes que cheguem ao ouvido interno cheio de líquido. Nos humanos, esses ossos são o martelo, a bigorna e o estribo.
Como a densidade do corpo de um peixe é próxima da da água, as ondas sonoras podem passar através dele. Como resultado, muitos peixes desenvolveram um saco de ar interno que vibra em resposta ao som transmitido. Na maioria das espécies de água salgada, as vibrações que chegam ao ouvido interno são fracas, o que limita a audição a baixas frequências abaixo de cerca de 200 Hz.
Os earfish melhoram esse caminho adicionando pequenos “ossículos” ósseos que conectam o saco de ar (muitas vezes chamado erroneamente de bexiga natatória) ao ouvido interno. Esta conexão melhora e amplia a sensibilidade auditiva. Por exemplo, o peixe-zebra pode detectar sons de até 15.000 Hz, o que está próximo do limite superior humano de 20.000 Hz.
Por que a audição de alta frequência é útil permanece uma questão em aberto. Pode refletir a diversidade de habitats que estes peixes ocupam, desde riachos de fluxo rápido até lagos calmos.
Liu estudou o dispositivo de Weber em peixes vivos e fósseis e no ano passado publicou simulações computacionais de como o dispositivo funciona. A simulação permitiu-lhe prever a resposta de frequência dos ossículos ósseos e, portanto, a sensibilidade auditiva dos peixes.
Um pequeno fóssil de Alberta contém informações extraordinárias
Michael Newbrey, ictiólogo da Universidade Estadual de Columbus, na Geórgia, e coautor, escavou e coletou muitos espécimes do recém-nomeado fóssil de peixe, que tem apenas 5 centímetros de comprimento, ao longo de seis temporadas de campo em Alberta, Canadá, começando em 2009. Os fósseis são preservados no Royal Tyrrell Museum em Drumheller, Alberta. Vários exemplares estão tão bem preservados que os ossos do ouvido médio são claramente weberianos. O peixe é o fóssil de peixe-orelha mais antigo conhecido na América do Norte, datando do final do período Cretáceo, pouco tempo antes do desaparecimento dos dinossauros não-aviários. Espécimes mais antigos foram encontrados em outras partes do mundo, mas nenhum deles possui um dispositivo Weber bem preservado, disse Liu.
Técnicos canadenses da Fonte de Luz da Universidade de Saskatchewan em Saskatoon e da Universidade McGill em Montreal capturaram imagens de raios X 3D dos peixes enquanto Liu modelava os ossículos do aparelho Weber em seu laboratório. O modelo mostra que, mesmo há 67 milhões de anos, a audição do baiacu era quase tão sensível quanto a do peixe-zebra de hoje.
“Não tínhamos certeza se este era um dispositivo Weber totalmente funcional, mas descobrimos que a simulação funcionou”, disse Liu. “Em comparação com o peixe-zebra, a potência de saída do dispositivo Weber é ligeiramente inferior, o que significa menor sensibilidade. Mas o valor de pico (a frequência mais sensível) não é muito inferior ao do peixe-zebra – entre 500 e 1.000 hertz – o que não é nada mau, o que significa que este antigo peixe-orelha deve ser capaz de adquirir audição em frequências mais altas.”
O que isso significa para a evolução e a diversidade
Estes resultados sublinham um padrão mais amplo de evolução: as explosões de novas espécies são frequentemente acompanhadas por movimentos repetidos para novos habitats, especialmente quando os organismos desenvolvem inovações como uma audição mais sensível.
“Durante muito tempo, especulamos que os peixes-orelhas podem ter se originado em água doce, porque este grupo consiste quase inteiramente de peixes de água doce”, disse Newbrey. “Esta nova espécie fornece informações importantes para uma nova interpretação dos caminhos evolutivos da fisiologia do ouvido que se originou no oceano. Faz mais sentido.”
Outros co-autores do artigo incluem Donald Brinkman do Royal Tyrrell Museum, Alison Murray da Universidade de Alberta, Zehua Zhou, ex-graduando da UC Berkeley (agora estudante de pós-graduação na Michigan State University), e Lisa Van Loon e Neil Banerjee da Western University em Londres, Ontário. Liu é apoiado por uma bolsa Franklin da American Philosophical Society.
