Toen zoutwatervissen lang geleden evolueerden naar een leven in zoet water, ontwikkelden veel van hen ook een ander gehoorsysteem, vergelijkbaar met dat van mensen, namelijk met middenoorbeentjes. Dat blijkt veel eerder te zijn gebeurd dan gedacht.
Tegenwoordig heeft twee derde van de zoetwatervissen een dergelijk gehoor. Daarmee kunnen ze veel hogere frequenties horen dan de meeste zeevissen en komt hun bereik dichter bij dat van mensen.
Van vissen met een dergelijk gehoorsysteem, ook wel otophysan-vissen genoemd, werd gedacht dat ze ongeveer 180 miljoen jaar geleden naar zoet water verhuisden. Op basis van de nieuwe tijdlijn lijken ze nu echter veel later te zijn ontstaan – ongeveer 154 miljoen jaar geleden, tijdens het late Juratijdperk net nadat Pangea uiteenviel en de huidige oceanen ontstonden.
Gewervelden
De analyse van een fossiel dat is gevonden in het Canadese Alberta toont aan dat de vissen de eerste beginselen van hun gehoor ontwikkelden toen ze nog in de oceaan leefden. En pas nadat de twee afzonderlijke soorten naar zoet water waren verhuisd, kregen ze hun huidige veel betere gehoor. Het ene geslacht evolueerde tot wat we nu kennen als meervallen, mesvissen, Afrikaanse-, en Zuid-Amerikaanse tetra’s. Het andere geslacht werd de grootste orde van zoetwatervissen: de karpers, zuigkarpers, minnows en zebravissen.
“De zee is de geboorteplaats van veel gewervelde dieren”, zegt hoofdonderzoeker Juan Liu van de University of California. “Lange tijd was men het erover eens dat deze beenvissen, die uit botten bestaan in plaats van uit kraakbeen, één enkele zoetwateroorsprong hadden op het grote continent Pangea om zich vervolgens te verspreiden bij de scheiding van de verschillende continenten. Liu zegt daar nu over: “De analyse van mijn team leverde echter geheel andere resultaten op: de meest recente gemeenschappelijke voorouder van otophysan-vissen was een mariene afstamming en nadat die afstamming zich had opgesplitst kwam die twee keer naar zoetwater.”
Verspreidingspatronen
Deze conclusie geeft een nieuwe kijk op onze kennis van de evolutiegeschiedenis en het complexe verspreidingspatroon van ’s werelds succesvolste groep zoetwatervissen. “Deze herhaalde invallen in zoet water in de vroege fase van afscheiding hebben waarschijnlijk de soortvorming versneld en zijn belangrijke factoren om de buitengewone diversiteit van otophysanen te verklaren bij de moderne zoetwatersoorten.”
Liu en haar collega’s beschrijven de 67 miljoen jaar oude fossiele vis, Acronichthys maccagnoi, in een artikel in wetenschapstijdschrift Science. Daarvoor analyseerden ze 3D-scans van de structuur van het fossiel, de vorm en de volledige genetische samenstelling van moderne vissen.
Structuur middenoor
Oren die onder water werken, hebben een andere structuur en werken ook anders dan oren die geluid detecteren in de lucht. Veel gewervelden hebben een trommelvliesachtige structuur ontwikkeld die trilt als reactie op geluidsgolven. Dat trommelvlies beweegt een reeks zeer kleine botten in het middenoor – bij mensen hamer, aambeeld en stijgbeugel. Die versterken het geluid door tegen het met vloeistof gevulde binnenoor te duwen, dat trilt en duwt uiteindelijk de haartjes in beweging. Die sturen de signalen vervolgens naar de hersenen.
Luchtbel
Maar geluidsgolven in water gaan dwars door een vis heen, terwijl diezelfde vis een vergelijkbare dichtheid heeft als het omringende water. Daarom hebben vissen een met lucht gevulde blaas ontwikkeld. In feite is dat een soort luchtbel, die trilt als reactie op geluiden die door de vis heen gaan. Bij de meeste zoutwatervissen worden die op een andere manier doorgegeven, namelijk simpelweg via het binnenoor van de vis. Hun gehoor is daardoor beperkt tot lage tonen onder de 200 Hertz.
Otophysan-vissen hebben echter benige gehoorbeentjes ontwikkeld tussen die luchtblaas en het binnenoor. Zo is het frequentiebereik groter. Zebravissen kunnen daarom tot 15.000 hz horen. Dat ligt niet ver van het menselijk bereik van 20.000 Hz. Waarom deze vissen hoge frequenties moeten kunnen horen is een raadsel. Mogelijk is het van nut vanwege de grote verscheidenheid aan lastige gebieden waarin ze leven, denk aan snelstromende beken en stilstaande meren.
Late Krijt
Talrijke exemplaren van de nieuw gevonden fossiele vis, die slechts 5 cm lang is, werden opgegraven en verzameld in Alberta, Canada. Dit gebeurde tijdens de zes maanden durende veldseizoenen vanaf 2009 door viswetenschapper en collega-onderzoeker Michael Newbrey van Columbus State University in Georgia.
De fossielen worden momenteel bewaard in het Royal Tyrrell Museum in Drumheller, Alberta. Een aantal exemplaren is zelfs zo goed bewaard gebleven dat duidelijk zichtbaar is dat de botten in het middenoor van het zogenoemde Weberiaanse type zijn. De vis is het oudste bekende Noord-Amerikaanse fossiel van een otophysan-vis, dat dateert uit het late Krijt. Dat was dus kort voordat de vliegende dinosaurussen verdwenen. Elders op de wereld zijn er oudere exemplaren gevonden, maar geen enkele vondst bevatte een Weberiaans apparaat dat zo goed bewaard is gebleven”, aldus Liu.
3D-röntgen
Technici van de Canadian Light Source aan de universiteit van Saskatchewan maakten 3D-röntgenscans van de vis terwijl Liu de gehoorbeentjes modelleerde van het typerende gehoorsysteem in het laboratorium. Het model suggereert dat de otophysan-vissen zelfs 67 miljoen jaar geleden al bijna net zo’n gevoelig gehoor hadden als zebravissen vandaag de dag.
Liu zegt daarover: “Het Weberiaanse apparaat heeft een iets lager uitgangsvermogen, dus een lagere gevoeligheid in vergelijking met de zebravis. Maar de piek, de meest gevoelige frequentie, ligt niet veel lager dan bij zebravissen, tussen 500 en 1000 Hertz.”
Uit de zee
Ze merkt op dat de bevindingen een algemeen patroon in de evolutie benadrukken: een plotselinge toename van nieuwe soorten kan het gevolg zijn van herhaalde betreding van een nieuwe habitat in plaats van een enkele verspreiding, zeker in combinatie met nieuwe eigenschappen, zoals een gevoeliger gehoor. “Lange tijd gingen we ervan uit dat de Otophysi waarschijnlijk een zoetwateroorsprong hadden, omdat deze groep bijna uitsluitend uit zoetwatervissen bestond”, aldus Newbrey. “De nieuwe soort levert cruciale informatie op voor een nieuwe interpretatie van de evolutionaire weg van de Otophysi met een zee-oorsprong”, aldus Liu.
