Atualmente, dois terços das espécies de água doce dependem de um ouvido médio especializado conhecido como aparelho Weberiano. Esse grupo abrange mais de 10.000 espécies, desde bagres até os populares peixes de aquário, como os tetras e zebrafish. O sistema Weberiano permite que esses peixes detectem frequências sonoras muito mais altas do que a maioria dos peixes oceânicos, alcançando uma faixa próxima à capacidade auditiva humana.

O paleontólogo da Universidade da Califórnia, Berkeley, Juan Liu, analisou o aparelho Weberiano em um novo peixe fóssil descrito, utilizando sua anatomia para atualizar a linha do tempo da evolução dos peixes de água doce.

Evidência fóssil revisa a cronologia

Os peixes otophysan, que possuem o sistema auditivo Weberiano, foram considerados por muito tempo como tendo invadido ambientes de água doce há aproximadamente 180 milhões de anos, antes da separação do supercontinente Pangea. No entanto, o trabalho de Liu sugere uma origem mais recente, por volta de 154 milhões de anos atrás, no final do Período Jurássico, após Pangea ter começado a se fragmentar e enquanto os oceanos modernos estavam se formando.

As análises de fósseis e dados genômicos indicam que os predecessores dos ossículos auditivos aprimorados surgiram enquanto esses peixes ainda habitavam o mar. A audição totalmente refinada e sensível se desenvolveu após duas linhagens distintas colonizarem ambientes de água doce: uma que deu origem a bagres, peixes faca e tetras africanos e sul-americanos, e outra que resultou em carpas, sugadores, minnow e zebrafish, 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 adjunto no Museu de Paleontologia da UC. “Durante muito tempo, acreditou-se que esses peixes ósseos tinham uma única origem na água doce no grande continente Pangea e então se dispersaram com a separação dos continentes. A análise da minha equipe de alguns fósseis impressionantes trouxe novas perspectivas sobre a história evolutiva dos peixes de água doce e encontrou resultados completamente diferentes: o ancestral comum mais recente dos peixes otophysanos era uma linhagem marinha e houve pelo menos duas incursões na água doce após essa divergência.”

Essa reinterpretação altera a forma como os cientistas percebem tanto a história evolutiva quanto a complexa biogeografia desse grupo de água doce extraordinariamente bem-sucedido, acrescentou. “Essas incursões repetidas em ambientes de água doce durante as fases iniciais de divergência provavelmente aceleraram a especiação e são fatores-chave para explicar a extraordinária hiper-diversidade dos otophysans nas faunas de água doce modernas.”

Liu e seus colaboradores descreveram e nomearam o peixe fóssil de 67 milhões de anos, Acronichthys maccagnoi, em um artigo publicado em 2 de outubro no jornal Science. Nesse estudo, os pesquisadores analisaram varreduras em 3D da estrutura Weberiana do fóssil, bem como os genomas e a morfologia de peixes modernos para revisar a genealogia dos peixes de água doce, além de 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 som com um tímpano que vibra e aciona uma cadeia de ossículos no ouvido médio que amplificam o sinal antes de chegar ao ouvido interno cheio de líquido; nos humanos, esses ossículos são o martelo, a bigorna e o estribo.

Como o corpo de um peixe tem uma densidade semelhante à da água, as ondas sonoras passam através dele. Muitos peixes, portanto, evoluíram uma bexiga natatória interna que vibra com os sons. Na maioria das espécies de água salgada, as vibrações alcançam o ouvido interno de forma fraca, limitando a audição a frequências baixas abaixo de aproximadamente 200 Hertz.

Os peixes otophysan melhoraram esse caminho ao adicionar pequenos “ossículos” ósseos que conectam a bexiga de ar, muitas vezes incorretamente chamada de bexiga de natação, ao ouvido interno. Essa ligação aumenta e amplia a sensibilidade auditiva. Zebrafish, por exemplo, podem detectar sons de até 15.000 Hz, se aproximando do limite superior de 20.000 Hz em humanos.

Por que a audição em altas frequências é útil ainda é uma questão em aberto. Pode refletir a variedade de habitats que esses peixes ocupam, desde rios rápidos até lagos calmos.

Liu estuda o aparelho Weberiano em peixes vivos e fósseis, e no ano passado publicou uma simulação computacional de como esse aparelho funciona. Essa simulação permite que ela preveja a resposta de frequência dos ossículos ósseos e, assim, a sensibilidade auditiva dos peixes.

Um pequeno fóssil de Alberta com grandes insights

Numerosos exemplares 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 a partir de 2009, por Michael Newbrey, ictiólogo e coautor do estudo, da Universidade Estadual de Columbus, na Geórgia. Os fósseis estão armazenados no Museu Real Tyrrell em Drumheller, Alberta. Algumas amostras estavam tão bem preservadas que os ossículos do ouvido médio eram claramente Weberianos. Este peixe é o mais antigo fóssil conhecido de um peixe otophysan da América do Norte, datando do final do Período Cretáceo, pouco antes do desaparecimento dos dinossauros não-aviários. Fósseis mais antigos foram encontrados em outras partes do mundo, mas nenhum tinha um aparelho Weberiano bem preservado, disse Liu.

Técnicos do Canadian Light Source na Universidade de Saskatchewan, em Saskatoon, e da Universidade McGill, em Montreal, realizaram varreduras de raio-X em 3D do peixe, e Liu modelou os ossículos do aparelho Weberiano em seu laboratório. O modelo sugere que, mesmo há 67 milhões de anos, os peixes otophysanos já tinham uma audição quase tão sensível quanto a dos zebrafish de hoje.

“Não tínhamos certeza se esse aparelho Weberiano era totalmente funcional, mas descobrimos que a simulação funcionou,” disse Liu. “O aparelho Weberiano tem uma potência de saída um pouco inferior, o que significa menor sensibilidade, em comparação com um zebrafish. Porém, a frequência mais sensível não estava muito abaixo da dos zebrafish — entre 500 e 1.000 Hertz — o que não é nada mal e indica que essa audição em alta frequência deveria ter sido alcançada por esse antigo peixe otophysan.”

O que isso significa para a evolução e diversidade

Os resultados ressaltam um padrão mais amplo na evolução: explosões de novas espécies frequentemente se seguem a entradas repetidas em novos habitats, especialmente quando os organismos evoluem inovações como uma audição mais sensível.

“Por muito tempo, presumimos que os Otophysi provavelmente tinham uma origem em água doce, uma vez que esse grupo era composto quase que exclusivamente de peixes de água doce,” disse Newbrey. “A nova espécie fornece informações cruciais para uma nova interpretação dos caminhos evolutivos dos Otophysi com uma origem marinha. Faz muito mais sentido.”

Os outros coautores do artigo são Donald Brinkman, do Museu Real Tyrrell, Alison Murray, da Universidade de Alberta, Zehua Zhou, ex-aluno de graduação da UC Berkeley, agora estudante de pós-graduação na Universidade Estadual de Michigan, e Lisa Van Loon e Neil Banerjee, da Universidade Western em Londres, Ontário. Liu recebeu financiamento por meio de uma Franklin Research Grant da American Philosophical Society.