Художественное изображение рыбы с веберовым аппаратом. Источник: sciencedaily.com

Когда некоторые морские рыбы в конечном итоге приспособились к жизни в пресной воде, многие из них также приобрели более сложный способ слуха, включая кости среднего уха, похожие на кости человека.

Две трети современных пресноводных видов полагаются на специализированное среднее ухо, известное как веберов аппарат. Эта группа насчитывает больше 10 тыс. видов — от сомов до аквариумных рыбок. Веберова система позволяет им улавливать гораздо более высокие звуковые частоты, чем большинство океанских рыб, достигая диапазона, близкого к человеческому слуху.

Палеонтолог из Калифорнийского университета в Беркли Хуан Лю исследовал веберов аппарат у недавно описанной ископаемой рыбы и использовал ее анатомию, чтобы обновить хронологию эволюции пресноводных рыб.

Долгое время считалось, что рыбы-отофизы, обладающие веберовой системой слуха, появились в пресной воде примерно 180 млн лет назад, до того как Пангея разделилась на континенты, которые мы знаем сегодня. Работа Лю указывает на более позднее происхождение — примерно 154 млн лет назад, в позднем юрском периоде, после того, как Пангея начала разваливаться и формировались современные океаны.

Анализ окаменелостей и геномных данных показывает, что предшественники усовершенствованных слуховых косточек впервые появились, когда эти рыбы еще жили в море. Полностью усовершенствованный, чувствительный слух развился после того, как две отдельные линии колонизировали пресную воду: одна из них привела к появлению сомов, рыб-ножей, африканских и южноамериканских тетр, а другая — к появлению карпов, сомов, пескарей и данио-рерио, крупнейшего отряда пресноводных рыб.

Лю и ее коллеги описывают и называют окаменелость рыбы Acronichthys maccagnoi возрастом 67 млн лет в статье, опубликованной в журнале Science. В этой статье исследователи анализируют 3D-сканы веберовой структуры окаменелости, а также геномы и морфологию современных рыб, чтобы пересмотреть генеалогию пресноводных рыб, а также моделируют частотную характеристику структуры среднего уха окаменелой рыбы.

Слух в воде устроен иначе, чем слух в воздухе. Многие наземные позвоночные животные улавливают звук с помощью барабанной перепонки, которая вибрирует и приводит в движение цепочку косточек среднего уха, которые усиливают сигнал, прежде чем он достигает заполненного жидкостью внутреннего уха; у человека эти косточки называются молоточек, наковальня и стремечко.

Поскольку плотность тела рыбы близка к плотности воды, звуковые волны проходят через него. Поэтому у многих рыб развился внутренний воздушный пузырь, который вибрирует при прохождении звуков. У большинства морских видов вибрации достигают внутреннего уха слабо, что ограничивает слух низкими частотами ниже примерно 200 Гц.

Рыбы-отофизы улучшили этот путь, добавив небольшие костные «слуховые косточки», которые соединяют воздушный пузырь, часто ошибочно называемый плавательным пузырем, с внутренним ухом. Эта связь усиливает и расширяет чувствительность слуха. Например, данио-рерио может улавливать звуки до 15 000 Гц, что приближается к верхнему пределу в 20 000 Гц у человека.

Почему высокочастотный слух оказался полезен для этих рыб, остается открытым вопросом. Возможно, это связано с разнообразием их сред обитания, от быстрых ручьев до стоячих озер.