Science: океанические рыбы неоднократно переходили в пресную воду

Супергруппа рыб Otophysis, известная своим улучшенным слухом, включает две трети современных видов пресноводных рыб. Ранее считалось, что они появились в пресной воде ещё до распада суперконтинента Пангея, что подразумевает разрыв почти в 80 миллионов лет между их происхождением и древнейшими известными ископаемыми. Однако открытие Acronichthys maccognoi — недавно описанного вида пресноводных отофизов, живших в позднемеловой период, — ставит под сомнение эту точку зрения. Статья с описанием результатов была опубликована в журнале Science.

Уши, которые работают под водой, имеют иную анатомию, чем уши, которые улавливают звук, распространяющийся по воздуху. 

У многих наземных позвоночных развилась структура, похожая на барабанную перепонку, которая вибрирует в ответ на звуковые волны.

Эта барабанная перепонка приводит в движение набор косточек в среднем ухе, у людей это молоточек, наковальня и стремечко,  которые усиливают звук и воздействуют на заполненное жидкостью внутреннее ухо, которое, в свою очередь, колышет и в конечном итоге задевает волоски, посылающие сигналы в мозг.

Но звуковые волны в воде проходят прямо сквозь рыбу, плотность которой схожа с плотностью окружающей воды.

Поэтому у рыб появился пузырь, наполненный воздухом (по сути, это пузырь), который вибрирует в ответ на звуки, проходящие через рыбу.

У большинства морских рыб эти вибрации передаются во внутреннее ухо рудиментарным способом, что ограничивает их слух басовыми нотами ниже примерно 200 Гц.

Однако у рыб-отофилов развились костные «косточки» между плавательным пузырём и внутренним ухом — система, называемая веберовским аппаратом, — которые усиливают и расширяют диапазон частот, воспринимаемых ушами. Например, данио-рерио может слышать частоты до 15 000 Гц, что недалеко от предела человеческого восприятия в 20 000 Гц.

Зачем этим рыбам нужно слышать высокие частоты — загадка, хотя, возможно, это связано с тем, что они живут в разнообразных и сложных условиях: от бурных ручьев до стоячих озер.

«Причина, по которой Acronichthys maccagnoi настолько интересен, заключается в том, что он заполняет пробел в наших данных о супергруппе отофизов», — сказал профессор Нил Баннерджи из Западного университета. «Это старейший североамериканский представитель этой группы, который предоставляет невероятные данные, помогающие задокументировать происхождение и раннюю эволюцию множества пресноводных рыб, живущих сегодня».

Acronichthys maccagnoi жил в позднем меловом периоде, примерно 67 миллионов лет назад.

Авторы сделали микрокомпьютерные сканирования окаменелости длиной 4 см и изучили ее веберовскую структуру.

Они также проанализировали геномы и морфологию современных рыб, чтобы пересмотреть генеалогию пресноводных рыб, а также смоделировали частотную характеристику структуры среднего уха ископаемых рыб.

Их модель предполагает, что уже 67 миллионов лет назад у рыб-отофилусов был почти такой же чувствительный слух, как у современных данио-рерио.

«Мы не были уверены, является ли это полностью функциональным веберовским аппаратом, но оказалось, что симуляция сработала», — сказал Хуан Лю из Калифорнийского университета в Беркли. «У аппарата Вебера выходная мощность немного ниже, что означает меньшую чувствительность, по сравнению с данио-рерио. Но пиковая, наиболее чувствительная частота не намного ниже, чем у данио-рерио — между 500 и 1000 Гц, — что совсем неплохо и означает, что эта древняя рыба-отофилин должна была обладать более высокочастотным слухом».

Открытие свидетельствует о том, что переход от морских к пресноводным видам произошел по крайней мере дважды в ходе эволюции отофизов.

Исследователи оценивают новое время дивергенции отофизов от морских к пресноводным видам примерно в 154 миллиона лет назад (поздняя юрская эпоха), после того как Пангея начала распадаться около 200 миллионов лет назад.

«Динозавры — очень интересные существа, поэтому им было уделено много времени и усилий, и мы многое знаем о том, какими они были, но мы лишь поверхностно изучили разнообразие доисторических пресноводных рыб», — сказал Дон Бринкман из Королевского музея Тиррелла. «Мы еще многого не знаем, и местонахождение окаменелостей здесь, в Канаде, дает нам ключ к пониманию происхождения групп, которые сейчас доминируют в реках и озерах по всему миру».