Peixes antigos com audição semelhante à humana surpreendem cientistas

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 oceânicos, atingindo um alcance próximo da audição humana.

O paleontólogo da Universidade da Califórnia, Berkeley, Juan Liu, examinou 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 linha do tempo

Acredita-se há muito tempo que os peixes Otophysan, que possuem um sistema auditivo weberiano, entraram em água doce 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 à medida que os oceanos modernos tomavam forma.

Análises de fósseis e dados genómicos indicam que os precursores dos ossos auditivos melhorados apareceram pela primeira vez enquanto estes peixes ainda viviam no mar. A audição sensível e totalmente refinada evoluiu depois que duas linhagens distintas colonizaram a água doce: uma que deu origem ao peixe-gato, ao peixe-faca e aos tetras africanos e sul-americanos, e outra que produziu 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 adjunto assistente de biologia integrativa e curador assistente do Museu de Paleontologia da UC. “Há muito tempo que o consenso era que estes peixes ósseos tinham uma única origem de água doce no grande continente Pangéia e depois dispersaram-se com a separação de diferentes continentes. A análise da minha equipa de alguns fósseis fantásticos que lançaram uma nova luz sobre a história evolutiva dos peixes de água doce e encontraram resultados completamente diferentes: o ancestral comum mais recente dos peixes otofisanos era uma linhagem marinha e houve pelo menos duas incursões em água doce após a divisão dessa 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 ela. “Essas incursões repetidas em água doce no estágio inicial de divergência provavelmente aceleraram a especiação e são fatores-chave para explicar a extraordinária hiperdiversidade de otophysans nas faunas modernas de água doce.”

Liu e seus colegas descrevem e nomeiam o peixe fóssil de 67 milhões de anos, Acronichthys maccagnoiem artigo publicado em 2 de outubro na revista Ciência. Nesse artigo, os pesquisadores analisam varreduras 3D da estrutura weberiana do fóssil e dos genomas e morfologia dos peixes modernos para revisar a genealogia dos peixes de água doce e também simular a resposta de frequência da estrutura do ouvido médio do peixe fóssil.

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 cadeia de ossos do ouvido médio que amplifica o sinal antes que ele chegue ao ouvido interno cheio de líquido; em humanos, esses ossos são o martelo, a bigorna e o estribo.

Como o corpo de um peixe tem densidade próxima à da água, as ondas sonoras passam por ele. Muitos peixes desenvolveram, portanto, 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, o que limita a audição a baixas frequências abaixo de cerca de 200 Hertz.

Os peixes Otophysan melhoraram esse caminho adicionando pequenos “ossículos” ósseos que conectam a bexiga de ar, muitas vezes erroneamente chamada de bexiga natatória, ao ouvido interno. Essa ligação aumenta e amplia a sensibilidade auditiva. O peixe-zebra, por exemplo, pode detectar sons de até 15.000 Hz, aproximando-se do limite superior de 20.000 Hz em humanos.

Por que a audição de alta frequência é útil permanece uma questão em aberto. Pode reflectir a variedade de habitats que estes peixes ocupam, desde riachos rápidos a 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-lhe prever a resposta de frequência dos ossículos ósseos e, portanto, a sensibilidade auditiva dos peixes.

Um pequeno fóssil de Alberta com uma visão descomunal

Numerosos espécimes do recém-nomeado peixe fóssil, com apenas 5 centímetros de comprimento, foram escavados e coletados em Alberta, Canadá, ao longo de seis temporadas de campo, iniciadas em 2009, pelo ictiólogo e coautor Michael Newbrey, da Columbus State University, na Geórgia. 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 mais antigo fóssil norte-americano conhecido de um peixe otophysan, ou Otophysi, datado 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 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 otophysan tinham uma audição quase tão sensível como o peixe-zebra tem hoje.

“Não tínhamos certeza se este era um aparato weberiano totalmente funcional, mas descobrimos que a simulação funcionou”, disse Liu. “O aparelho Weberiano tem uma potência de saída um pouco menor, o que significa menor 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 Hertz – o que não é tão ruim e significa que a audição de frequência mais alta deveria ter sido alcançada neste velho peixe otophysan.”

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 entradas repetidas em novos habitats, especialmente quando os organismos desenvolvem inovações como uma audição mais sensível.

“Durante muito tempo, presumimos que os Otophysi provavelmente tinham origem em água doce porque este grupo consistia quase exclusivamente de peixes de água doce”, disse Newbrey. “A nova espécie fornece informações cruciais para uma nova interpretação dos caminhos evolutivos dos Otophysi de origem marinha. Faz muito mais sentido.”

Outros co-autores do artigo são Donald Brinkman do Royal Tyrrell Museum, Alison Murray da Universidade de Alberta, Zehua Zhou, ex-aluno 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 foi financiado por uma bolsa de pesquisa Franklin da American Philosophical Society.