Када су се неке морске рибе на крају прилагодиле животу у слаткој води, многе су такође стекле сложенији начин да чују, укључујући кости средњег уха које подсећају на оне код људи.
Две трећине слатководних врста данас се ослањају на специјализовано средње уво познато као Веберов апарат. Ова група обухвата више од 10.000 врста, од сома до омиљених акваријума као што су тетре и зебрице. Веберов систем им омогућава да детектују много веће фреквенције звука од већине океанских риба, достижући опсег близу људског слуха.
Палеонтолог са Универзитета Калифорнија у Берклију, Јуан Лиу, испитао је Веберов апарат у новоописаној фосилној риби и искористио њену анатомију да ажурира временску линију развоја слатководних риба.
Фосилни докази ревидирају временску линију
Дуго се веровало да су рибе Отопхисан, које поседују Веберовски систем уха, ушле у слатку воду пре отприлике 180 милиона година, пре него што се Пангеа поделила на континенте које данас препознајемо. Лиуов рад указује на касније порекло, пре око 154 милиона година у касном јурском периоду, након што је Пангеа почела да се распада и када су модерни океани добијали облик.
Анализе фосила и геномских података показују да су се претходници костију побољшаног слуха први пут појавили док су ове рибе још живеле у мору. Потпуно рафиниран, осетљив слух је еволуирао након што су две одвојене лозе колонизовале слатку воду: једна која је довела до сома, рибе ножа и афричких и јужноамеричких тетра, а друга која је произвела шаране, одојке, говече и зебрицу, највећи ред слатководних риба.
„Морско окружење је колевка многих кичмењака“, рекао је Лиу, помоћник доцента интегративне биологије и помоћник кустоса у Музеју палеонтологије УЦ. „Дуго је постојао консензус да су ове коштане рибе имале једно слатководно порекло на великом континенту Пангеа, а затим су се распршиле одвајањем различитих континената. Анализа мог тима неких фантастичних фосила који је бацио ново светло на еволуциону историју слатководних риба и открио потпуно различите резултате: најновији заједнички предак морске лозе најмање две свеже водене рибе и постојале су две свеже водене рибе у морској линији. раздвојити“.
Ова реинтерпретација преобликује начин на који научници гледају и на еволуциону историју и на сложену биогеографију ове изузетно успешне слатководне групе, додала је она. „Ови поновљени продори у слатку воду у раној фази дивергенције вероватно су убрзали специјацију и кључни су фактори у објашњавању изузетне хипердиверзитета отофизана у модерним слатководним фаунама.“
Лиу и њене колеге описују и именују фосилну рибу стару 67 милиона година, Ацроницхтхис маццагноиу раду објављеном 2. октобра у часопису Наука. У том раду истраживачи анализирају 3Д скенирање Веберове структуре фосила и генома и морфологије модерних риба како би ревидирали генеалогију слатководних риба, а такође симулирали фреквенцијски одзив структуре средњег уха фосилне рибе.
Како функционише слух под водом
Слух у води се ослања на различите структуре од слуха у ваздуху. Многи копнени кичмењаци детектују звук помоћу бубне опне која вибрира и покреће ланац костију средњег уха које појачавају сигнал пре него што стигне до унутрашњег уха испуњеног течношћу; код људи ове кости су маллеус, инцус и стапес.
Пошто је тело рибе по густини блиско води, звучни таласи пролазе кроз њега. Многе рибе су стога развиле унутрашњу ваздушну бешику која вибрира уз звукове који пролазе. Код већине морских врста, вибрације до унутрашњег уха стижу само слабо, што ограничава слух на ниске фреквенције испод око 200 Херца.
Отопхисан риба је побољшала овај пут додавањем малих коштаних „костица“ које повезују ваздушну бешику, често погрешно названу пливајућа бешика, са унутрашњим ухом. Ова веза појачава и проширује осетљивост слуха. Зебра, на пример, може да детектује звукове до 15.000 Хз, приближавајући се горњој граници од 20.000 Хз код људи.
Зашто је високофреквентно слушање корисно остаје отворено питање. То може одражавати различита станишта која ове рибе заузимају, од брзих потока до мирних језера.
Лиу проучава Веберов апарат у живим и фосилним рибама, а прошле године је објавио рачунарску симулацију како апарат ради. Та симулација јој омогућава да предвиди фреквенцијски одзив коштаних коштица, а самим тим и осетљивост слуха риба.
Мали фосил Алберте са огромним увидом
Бројни примерци новоименоване фосилне рибе, дугачке само 2 инча, ископани су и сакупљени у Алберти, Канада, током шест теренских сезона почевши од 2009. године од стране ихтиолога и коаутора Мајкла Њубрија са Државног универзитета Колумбус у Џорџији. Фосили се налазе у Краљевском Тирел музеју у Друмхелеру, Алберта. Неколико примерака је било тако добро очувано да су кости у средњем уху јасно биле Веберове. Ова риба је најстарији познати северноамерички фосил отофизанске рибе, или Отопхиси, који датира из касног периода креде, само кратко време пре него што су нептичји диносауруси нестали. Старији примерци пронађени су другде у свету, али ниједан није имао добро очуван Веберов апарат, рекао је Лиу.
Техничари са канадским извором светлости на Универзитету Саскачеван у Саскатуну и на Универзитету МцГилл у Монтреалу снимили су 3Д рендгенске снимке рибе, а Лиу је моделирала кошчице Веберовог апарата у својој лабораторији. Модел сугерише да су, чак и пре 67 милиона година, рибе отофизане имале скоро подједнако осетљив слух као и зебрице данас.
„Нисмо били сигурни да ли је ово потпуно функционалан Веберов апарат, али се испоставило да је симулација функционисала“, рекао је Лиу. „Вебериан апарат има само мало мању излазну снагу, што значи нижу осетљивост у поређењу са зебрицом. Али врх, најосетљивија фреквенција, није много нижи од зебрице – између 500 и 1.000 Херца – што уопште није лоше и што значи да је код ове старе рибе требало да се постигне виши слух.
Шта ово значи за еволуцију и разноликост
Резултати наглашавају шири образац у еволуцији: рафали нових врста често прате поновљене уласке у нова станишта, посебно када организми развијају иновације као што је осетљивији слух.
„Дуго смо претпостављали да Отопхиси вероватно имају слатководно порекло јер се ова група састојала готово искључиво од слатководних риба“, рекао је Њубри. „Нова врста пружа кључне информације за ново тумачење еволуционих путева Отопхиса са морским пореклом. То једноставно има много више смисла.“
Други коаутори рада су Доналд Бринкман из Краљевског музеја Тирел, Алисон Мареј са Универзитета Алберта, бивши студент Универзитета у Берклију Зехуа Зхоу, сада постдипломац на Државном универзитету у Мичигену, и Лиса Ван Лоон и Неил Банерјее са Универзитета Запад у Лондону, Онтарио. Лиу је финансиран од стране Франклиновог истраживачког гранта Америчког филозофског друштва.
