Un pez antiguo con audición similar a la humana sorprende a los científicos

Un reciente estudio de investigadores de la Universidad de California, Berkeley reveló que algunos peces de agua salada que se adaptaron a la vida en agua dulce desarrollaron un sentido del oído extraordinario, comparable al de los humanos. Al examinar un fósil de 67 millones de años, los científicos descubrieron que estos peces, conocidos como "otofisianos", no evolucionaron su sistema auditivo Weberiano en ríos, como se había pensado anteriormente, sino que comenzaron a desarrollarlo en el océano antes de migrar hacia el interior.

Este nuevo cronograma sugiere que hubo al menos dos invasiones separadas de agua dulce, lo que explica la gran diversidad de especies de agua dulce que existen hoy en día. Dos tercios de las especies de agua dulce actuales dependen de un oído medio especializado conocido como el aparato Weberiano, que permite detectar frecuencias sonoras mucho más altas que la mayoría de los peces marinos, alcanzando un rango cercano al de la audición humana.

El paleontólogo Juan Liu examinó el aparato Weberiano en un fósil de pez recientemente descrito y utilizó su anatomía para actualizar la cronología de la evolución de los peces de agua dulce. Se creía que los peces otofisianos habían ingresado al agua dulce hace aproximadamente 180 millones de años, antes de que el supercontinente Pangea se dividiera. Sin embargo, el trabajo de Liu indica un origen más reciente, alrededor de 154 millones de años atrás, durante el período Jurásico tardío, cuando Pangea ya había comenzado a fragmentarse y los océanos modernos estaban tomando forma.

Los análisis de fósiles y datos genómicos indican que los precursores de los huesos auditivos mejorados aparecieron por primera vez mientras estos peces aún vivían en el mar. La audición sensible se refinó completamente después de que dos linajes separados colonizaran el agua dulce: uno que llevó a los peces gato, peces cuchillo y tetras africanos y sudamericanos, y otro que produjo carpas, succionadores, peces de alevín y zebras, el orden más grande de peces de agua dulce.

"El ambiente marino es la cuna de muchos vertebrados", afirmó Liu, quien es profesor adjunto de biología integrativa y curador asistente en el Museo de Paleontología de la UC. "Durante mucho tiempo se pensó que estos peces óseos tenían un único origen en agua dulce en el gran continente Pangea y luego se dispersaron con la separación de los continentes. El análisis de mi equipo de algunos fósiles fantásticos que arrojan nueva luz sobre la historia evolutiva de los peces de agua dulce encontró resultados completamente diferentes: el ancestro común más reciente de los peces otofisianos era un linaje marino y hubo al menos dos incursiones en agua dulce después de que ese linaje se separó".

Esta reinterpretación transforma la forma en que los científicos ven tanto la historia evolutiva como la biogeografía compleja de este grupo de peces de agua dulce, que ha tenido un notable éxito. "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 los otofisianos en las faunas de agua dulce modernas", agregó.

Liu y sus colegas describieron y nombraron el pez fósil de 67 millones de años, Acronichthys maccagnoi, en un artículo publicado el 2 de octubre en la revista Science. En ese trabajo, los investigadores analizaron escaneos en 3D de la estructura Weberiana del fósil y los genomas y morfología de los peces modernos para revisar la genealogía de los peces de agua dulce, y también simularon la respuesta de frecuencia de la estructura del oído medio del pez fósil.

Cómo funciona la audición submarina

La audición en el agua depende de estructuras diferentes a las de la audición en el aire. Muchos vertebrados terrestres detectan el sonido con un tímpano que vibra y activa una cadena de huesos del oído medio que amplifican la señal antes de que llegue al oído interno lleno de líquido; en los humanos, estos huesos son el martillo, el yunque y el estribo.

Debido a que el cuerpo de un pez tiene una densidad similar a la del agua, las ondas sonoras pasan a través de él. Por lo tanto, muchos peces evolucionaron una vejiga de aire interna que vibra con los sonidos que pasan. En la mayoría de las especies marinas, las vibraciones llegan al oído interno de manera débil, lo que limita la audición a frecuencias bajas por debajo de aproximadamente 200 Hertz.

Los peces otofisianos mejoraron este camino al agregar pequeños "ossículos" óseos que conectan la vejiga de aire, a menudo erróneamente llamada vejiga natatoria, con el oído interno. Esta conexión aumenta y amplía la sensibilidad auditiva. Por ejemplo, los peces cebra pueden detectar sonidos de hasta 15,000 Hz, acercándose al límite superior de 20,000 Hz en los humanos.

La utilidad de la audición de alta frecuencia sigue siendo una pregunta abierta. Puede reflejar la variedad de hábitats que estos peces ocupan, desde arroyos rápidos hasta lagos tranquilos.

Liu estudia el aparato Weberiano en peces vivos y fósiles, y el año pasado publicó una simulación computacional de cómo funciona el aparato. Esa simulación le permite predecir la respuesta de frecuencia de los ossículos óseos y, por lo tanto, la sensibilidad auditiva de los peces.

Un pequeño fósil de Alberta con grandes perspectivas

Numerosos ejemplares del pez fósil recién nombrado, de apenas 5 centímetros de largo, fueron excavados y recolectados en Alberta, Canadá, durante seis temporadas de campo desde 2009 por el ictiólogo y coautor Michael Newbrey de la Columbus State University en Georgia. Los fósiles se encuentran en el Royal Tyrrell Museum en Drumheller, Alberta. Algunos ejemplares estaban tan bien conservados que los huesos en el oído medio eran claramente Weberianos. Este pez es el fósil de pez otofisiano más antiguo conocido de América del Norte, datando del período Cretácico tardío, solo un corto tiempo antes de que los dinosaurios no aviares desaparecieran. Se han encontrado ejemplares más antiguos en otras partes del mundo, pero ninguno tenía un aparato Weberiano bien conservado, según Liu.

Técnicos del Canadian Light Source en la Universidad de Saskatchewan en Saskatoon y en la Universidad McGill en Montreal capturaron escaneos en 3D del pez, y Liu modeló los ossículos del aparato Weberiano en su laboratorio. El modelo sugiere que, incluso hace 67 millones de años, los peces otofisianos tenían una audición casi tan sensible como la de los peces cebra actuales.

"No estábamos seguros de si este era un aparato Weberiano completamente funcional, pero resulta que la simulación funcionó", dijo Liu. "El aparato Weberiano tiene un poco menos de potencia de salida, lo que significa menor sensibilidad, en comparación con un pez cebra. Pero el pico, la frecuencia más sensible, no es mucho más bajo que el de los peces cebra, entre 500 y 1,000 Hertz, lo cual no está nada mal y significa que la audición de alta frecuencia debería haberse logrado en este antiguo pez otofisiano".

Lo que esto significa para la evolución y la diversidad

Los resultados subrayan un patrón más amplio en la evolución: explosiones de nuevas especies a menudo siguen entradas repetidas en nuevos hábitats, especialmente cuando los organismos evolucionan innovaciones como una audición más sensible.

"Durante mucho tiempo, supusimos que los Otophysi probablemente tenían un origen en agua dulce porque este grupo consistía casi exclusivamente en peces de agua dulce", comentó Newbrey. "La nueva especie proporciona información crucial para una nueva interpretación de las vías evolutivas de los Otophysi con un origen marino. Simplemente tiene mucho más sentido".

Otros coautores del artículo son Donald Brinkman del Royal Tyrrell Museum, Alison Murray de la Universidad de Alberta, el exestudiante de pregrado de UC Berkeley Zehua Zhou, ahora estudiante de posgrado en Michigan State University, y Lisa Van Loon y Neil Banerjee de Western University en Londres, Ontario. Liu recibió financiamiento de una Franklin Research Grant de la American Philosophical Society.

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