Cuando los peces de agua salada evolucionaron hace mucho tiempo para vivir en agua dulce, muchos de ellos también desarrollaron un sistema auditivo más sofisticado, que incluía huesos en el oído medio similares a los de los humanos. Dos tercios de todos los peces de agua dulce actuales (incluidas más de 10.000 especies, desde bagres hasta peces de acuario populares como tetras y peces cebra) tienen este sistema de oído medio, llamado aparato weberiano, que les permite escuchar sonidos a frecuencias mucho más altas que la mayoría de los peces de mar, con un rango cercano al de los humanos.
El paleontólogo Juan Liu, de la Universidad de California en Berkeley, ha utilizado la estructura de este aparato weberiano en un pez fósil recién descubierto para revisar la historia del origen de la evolución de los peces de agua dulce. Se cree que los peces con un sistema auditivo weberiano, conocidos como peces otofisos, se trasladaron al agua dulce hace aproximadamente 180 millones de años, antes de que el supercontinente Pangea se dividiera en los continentes que vemos hoy.
Según la nueva línea de tiempo de Liu, ahora parecen haber surgido mucho más tarde (hace unos 154 millones de años, durante el período Jurásico tardío), después del comienzo de la ruptura de Pangea y coincidiendo con la aparición de los océanos actuales. El análisis de datos fósiles y genómicos que realizó Liu implica que los peces desarrollaron originalmente huesos precursores de su magnífica audición mientras aún estaban en el océano.
Sólo más tarde desarrollaron una audición mejorada y completamente funcional, después de que dos linajes separados se trasladaron al agua dulce: uno evolucionó hasta convertirse en el bagre, el pez cuchillo y los tetras africanos y sudamericanos actuales; el otro evolucionó hasta convertirse en el orden más grande de peces de agua dulce: las carpas, los peces chupadores, los pececillos y los peces cebra.
“El entorno marino es la cuna de muchos vertebrados”, afirmó Liu, profesor adjunto de biología integrativa y curador asistente del Museo de Paleontología de la UC.
Durante mucho tiempo hubo consenso en que estos peces óseos tenían un único origen de agua dulce en el gran continente Pangea y luego se dispersaron con la separación de los diferentes continentes.
“El análisis que realizó mi equipo de algunos fósiles fantásticos arrojó nueva luz sobre la historia evolutiva de los peces de agua dulce y arrojó resultados completamente diferentes: el ancestro común más reciente de los peces otofisos fue un linaje marino y hubo al menos dos incursiones de agua dulce después de que ese linaje se dividió.
Este hallazgo redefine nuestra comprensión de la historia evolutiva y la intrincada biogeografía del grupo de peces de agua dulce más exitoso del mundo, añadió.
“Estas incursiones repetidas en agua dulce en la etapa temprana de divergencia probablemente aceleraron la especiación y son factores clave para explicar la extraordinaria hiperdiversidad de otofisos en las faunas de agua dulce modernas”.
Liu y sus colegas describen y nombran al pez fósil de 67 millones de años, Acronichthys maccagnoi, en un artículo publicado en la revista Science. En dicho artículo, los investigadores analizan escaneos 3D de la estructura weberiana del fósil, así como de los genomas y la morfología de los peces modernos, para revisar la genealogía de los peces de agua dulce y simular la respuesta en frecuencia de la estructura del oído medio del pez fósil.
Una estructura similar a Rube Goldberg en el oído medio
Los oídos que funcionan bajo el agua requieren una anatomía diferente a la de los oídos que detectan el sonido que viaja por el aire. Muchos vertebrados terrestres desarrollaron una estructura similar a un tímpano que vibra en respuesta a las ondas sonoras. Este tímpano mueve un conjunto de huesos en el oído medio, similar a un Rube Goldberg (en los humanos, el martillo, el yunque y el estribo), que amplifican el sonido y empujan el oído interno, lleno de líquido, que se sacude y finalmente sacude las vellosidades que envían señales al cerebro.
Pero las ondas sonoras en el agua atraviesan a un pez, cuya densidad es similar a la del agua circundante. Por ello, los peces desarrollaron una vejiga llena de aire —esencialmente una burbuja— que vibra en respuesta a los sonidos que los atraviesan. Estas vibraciones se transmiten al oído interno del pez de forma rudimentaria en la mayoría de los peces de agua salada, lo que limita su audición a notas graves por debajo de unos 200 hercios.
Los peces otófisos, sin embargo, desarrollaron “huesecillos” óseos entre la vejiga natatoria (a menudo denominada erróneamente vejiga natatoria) y el oído interno para amplificar y ampliar el rango de frecuencias que estos pueden detectar. El pez cebra, por ejemplo, puede percibir frecuencias de hasta 15.000 Hz, cerca del límite de 20.000 Hz de los humanos. Por qué estos peces necesitan oír altas frecuencias es un misterio, aunque puede ser porque viven en entornos diversos y complicados, desde arroyos caudalosos hasta lagos estáticos.
Liu estudia el aparato weberiano en peces vivos y fósiles, y el año pasado publicó una simulación computacional de su funcionamiento. Esta simulación le permite predecir la respuesta en frecuencia de los huesecillos óseos y, por consiguiente, la sensibilidad auditiva de los peces. Numerosos especímenes del pez fósil recientemente bautizado, de apenas 5 centímetros de largo, fueron excavados y recolectados en Alberta, Canadá, durante seis temporadas de campo a partir de 2009 por el ictiólogo y coautor Michael Newbrey de la Universidad Estatal de Columbus en Georgia.
Los fósiles se conservan en el Museo Real Tyrrell de Drumheller, Alberta. Un par de especímenes estaban tan bien conservados que los huesos del oído medio eran claramente weberianos. Este pez es el fósil norteamericano más antiguo conocido de un pez otófiso, u Otophysi, y data del Cretácico Superior, poco antes de la desaparición de los dinosaurios no aviares. Se han encontrado ejemplares más antiguos en otras partes del mundo, pero ninguno tenía un aparato weberiano bien conservado, dijo Liu.
Técnicos de la Fuente de Luz Canadiense de la Universidad de Saskatchewan en Saskatoon y de la Universidad McGill en Montreal capturaron imágenes de rayos X 3D del pez, y Liu modeló los huesecillos del aparato weberiano en su laboratorio. El modelo sugiere que, incluso hace 67 millones de años, los peces otófisos tenían una audición casi tan sensible como la del pez cebra actual.
“No estábamos seguros de si se trataba de un aparato weberiano completamente funcional, pero resultó que la simulación funcionó”, dijo Liu. “El aparato weberiano tiene una potencia de salida ligeramente menor, lo que significa menor sensibilidad, en comparación con un pez cebra. Sin embargo, el pico, la frecuencia más sensible, no es mucho más baja que la del pez cebra (entre 500 y 1000 hercios), lo cual no está nada mal y significa que la audición de frecuencias más altas debería haberse logrado en este viejo pez otófiso”.
Señaló que los hallazgos resaltan un patrón general en la evolución: los aumentos repentinos de nuevas especies pueden surgir de incursiones repetidas en un nuevo hábitat en lugar de un solo evento de dispersión, especialmente cuando se combinan con nuevas innovaciones, como una audición más sensible.
“Durante mucho tiempo, supusimos que los otófisos probablemente tenían un origen dulceacuícola, ya que este grupo estaba compuesto casi exclusivamente por peces de agua dulce”, afirmó Newbrey. “La nueva especie aporta información crucial para una nueva interpretación de las vías evolutivas de los otófisos de origen marino. Simplemente cobra mucho más sentido”.
Otros coautores del artículo son Donald Brinkman del Museo Real Tyrrell, Alison Murray de la Universidad de Alberta, el ex estudiante de pregrado de la UC Berkeley Zehua Zhou, ahora estudiante de posgrado en la Universidad Estatal de Michigan, y Lisa Van Loon y Neil Banerjee de la Universidad Occidental en London, Ontario.
Fuente: Phys.org.
