Znaleźli rybę, która miała aparat słuchowy podobny do ludzkiego

Dwie trzecie współczesnych gatunków słodkowodnych wykorzystuje wyspecjalizowany aparat słuchowy, znany jako aparat Webera. Grupa ta obejmuje ponad 10 tys. gatunków, od sumów po ulubione ryby akwariowe, takie jak tetra i danio pręgowany. System Webera pozwala im odbierać dźwięki o znacznie wyższych częstotliwościach niż większość ryb oceanicznych, osiągając zakres zbliżony do ludzkiego słuchu.

Ryby rozwinęły swój słuch w morzu

Ryby z podgromady doskonałokostnych mają układ słuchowy typu weberowskiego, od dawna uważano za pochodzące ze słodkiej wody, zanim Pangea podzieliła się na kontynenty, które znamy dzisiaj. Jak wynika z badań opublikowanych na łamach „Science” wszystko wskazuje na jeszcze późniejsze pochodzenie tych ryb.

Analizy skamieniałości i danych genomicznych wskazują, że prekursory kości do bardziej rozwiniętego układu słuchu pojawiły się po raz pierwszy, gdy ryby te żyły jeszcze w morzu. W pełni rozwinięty, wrażliwy słuch rozwinął się po kolonizacji wód słodkich przez dwie odrębne linie rozwojowe: jedną, która doprowadziła do powstania sumów, nożyc oraz bystrzyków afrykańskich i południowoamerykańskich, oraz drugą, która dała początek karpiom, przyssawkom, płociom i danio pręgowanemu, największemu rzędowi ryb słodkowodnych.

„Analiza kilku fantastycznych skamieniałości, przeprowadzona przez mój zespół, rzuciła nowe światło na ewolucyjną historię ryb słodkowodnych i przyniosła zupełnie odmienne rezultaty: ostatni wspólny przodek ryb doskonałokostnych pochodził z linii morskiej, a po oddzieleniu się tej linii nastąpiły co najmniej dwa wtargnięcia do wód słodkich” – powiedział Juan Liu, paleontolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.

Naukowcy przeanalizowali trójwymiarowe skany układu Webera w skamieniałościach oraz genomy i morfologię współczesnych ryb, aby zrewidować genealogię ryb słodkowodnych, a także symulować odpowiedź częstotliwościową struktury ucha środkowego prehistorycznych ryb.

Jak działa słuch pod wodą?

Słuch w wodzie opiera się na innych strukturach niż słuch w powietrzu. Wiele kręgowców lądowych odbiera dźwięk za pomocą błony bębenkowej, która wibruje i porusza łańcuch kosteczek słuchowych ucha środkowego, wzmacniających sygnał, zanim dotrze on do wypełnionego płynem ucha wewnętrznego. U ludzi kosteczkami tymi są młoteczek, kowadełko i strzemiączko.

U ryb wygląda to inaczej. Wiele ryb wykształciło wewnętrzny pęcherz powietrzny, który wibruje wraz z przenoszonymi dźwiękami. U większości gatunków słonowodnych drgania docierają do ucha wewnętrznego słabo, co ogranicza słyszalność do niskich częstotliwości poniżej około 200 Hz.

Odkryte prehistoryczne ryby udoskonaliły tę ścieżkę, dodając małe, „kosteczki słuchowe”, które łączą pęcherz pławny z uchem wewnętrznym. To połączenie wzmacnia i poszerza wrażliwość słuchu. Na przykład danio pręgowany potrafi odbierać dźwięki o częstotliwości do 15 000 Hz, zbliżając się do górnej granicy 20 000 Hz u człowieka.

Mała skamielina – ogromna wiedza

Liczne okazy prehistorycznej ryby, mierzące zaledwie 5 cm długości, zostały wydobyte i zebrane w Albercie w Kanadzie. Skamieniałości znajdują się w Royal Tyrrell Museum w Drumheller w Albercie. Kilka okazów było tak dobrze zachowanych, że kości w uchu środkowym wyraźnie były widoczne. Ryba ta jest najstarszą znaną północnoamerykańską skamieniałością ryby doskonałokostnej, datowanym na późną kredę, na krótko przed wyginięciem dinozaurów.

Technicy z Canadian Light Source z Uniwersytetu Saskatchewan w Saskatoon i Uniwersytetu McGill w Montrealu wykonali trójwymiarowe zdjęcia rentgenowskie ryb, a naukowcy z Berkeley stworzyli model kosteczek słuchowych aparatu Webera. Model ten sugeruje, że nawet 67 mln lat temu ryby miały niemal tak czuły słuch, jak dzisiejszy danio pręgowany.

Co zmienia to w ewolucji?

Nowy gatunek dostarcza kluczowych informacji dla nowej interpretacji ścieżek ewolucyjnych ryb Otophysi o morskim pochodzeniu. Wyniki podkreślają szerszy schemat ewolucji: gwałtowne pojawianie się nowych gatunków często następuje po wielokrotnym wchodzeniu do nowych siedlisk, szczególnie gdy organizmy rozwijają innowacje, na przykład bardziej wrażliwy słuch.

Dlaczego słyszenie dźwięków o wysokiej częstotliwości jest przydatne rybom – tego nie wiemy. Może to odzwierciedlać różnorodność siedlisk, w których żyją – od wartkich strumieni po spokojne jeziora.