Tulang telinga yang terfosilisasi menulis ulang sejarah ikan air tawar
Ketika ikan air laut dulunya berevolusi untuk hidup di air tawar, banyak dari mereka juga berevolusi memiliki sistem pendengaran yang lebih canggih, termasuk tulang telinga tengah yang mirip dengan yang ada pada manusia.
Berlangganan ke kaminewsletteruntuk pembaruan berita teknologi terbaru.
Dua per tiga dari semua ikan air tawar saat ini—termasuk lebih dari 10.000 spesies, mulai dari ikan lele hingga ikan akuarium populer seperti tetra dan ikan zebra—memiliki sistem telinga tengah yang disebut apparatus Weber, yang memungkinkan mereka mendengar suara pada frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada kebanyakan ikan laut, dengan rentang yang mendekati manusia.
Paleontolog dari University of California, Berkeley, Juan Liu kini telah menggunakan struktur perangkat Weber ini pada ikan fosil yang baru ditemukan untuk merevisi cerita asal evolusi ikan air tawar.
Ikan dengan sistem telinga Weber, yang dikenal sebagai ikan otophysan, dianggap telah berpindah ke air tawar sekitar 180 juta tahun yang lalu, sebelum benua Pangea pecah menjadi benua-benua yang kita lihat saat ini.
Berdasarkan timeline baru Liu, mereka tampaknya muncul jauh lebih kemudian—sekitar 154 juta tahun yang lalu, pada masa Akhir Zaman Jurassic—setelah awal perpecahan Pangea dan bersamaan dengan munculnya lautan saat ini.
Analisis Liu terhadap data fosil dan genom menunjukkan bahwa ikan pada awalnya mengembangkan tulang prakursor kemampuan pendengaran hebat mereka saat masih di lautan.
Hanya kemudian mereka mengembangkan pendengaran yang sepenuhnya berfungsi dan diperbaiki, setelah dua garis keturunan terpisah berpindah ke air tawar: satu berevolusi menjadi ikan catfish, ikan pisau, dan tetra Afrika dan Amerika Selatan saat ini; yang lain berevolusi menjadi ordo ikan air tawar terbesar, yaitu ikan mas, ikan gurami, ikan lele, dan zebrafish.
“Lingkungan laut adalah tempat lahir banyak vertebrata,” kata Liu, seorang dosen madya bidang biologi integratif dan kurator di Museum Paleontologi UC.
Konsensus lama menyatakan bahwa ikan bertulang ini memiliki asal usul air tawar tunggal di benua besar Pangea dan kemudian menyebar dengan pemisahan berbagai benua.
Analisis tim saya terhadap fosil-fosil hebat yang memberikan wawasan baru mengenai sejarah evolusi ikan air tawar dan menemukan hasil yang sama sekali berbeda: nenek moyang bersama paling akhir dari ikan otophysan adalah garis keturunan laut dan setidaknya ada dua insersi air tawar setelah garis keturunan itu terpisah.
Temuan ini mengubah pemahaman kita tentang sejarah evolusi dan biogeografi yang rumit dari kelompok ikan air tawar paling sukses di dunia, katanya.
Kedatangan berulang ke air tawar pada tahap divergensi awal kemungkinan besar mempercepat spesiasi, dan merupakan faktor kunci dalam menjelaskan keragaman yang luar biasa dari otophysans dalam fauna air tawar modern.
Liu dan rekan-rekannya menggambarkan dan memberi nama ikan fosil berusia 67 juta tahun, Acronichthys maccagnoi, dalam sebuah makalahditerbitkandalam jurnalSainsDalam makalah tersebut, para peneliti menganalisis pencitraan 3D struktur Weber dari fosil tersebut serta genom dan morfologi ikan modern untuk merevisi filogeni ikan air tawar, serta mensimulasikan respons frekuensi struktur telinga tengah ikan fosil tersebut.
Struktur seperti Rube Goldberg di telinga tengah
Telinga yang bekerja di bawah air memerlukan anatomi yang berbeda dibandingkan telinga yang mendeteksi suara yang berjalan melalui udara. Banyak hewan vertebrata darat berevolusi memiliki struktur seperti gendang telinga yang bergetar sebagai respons terhadap gelombang suara. Gendang telinga ini menggerakkan rangkaian tulang yang mirip dengan mesin Rube Goldberg di telinga tengah—pada manusia, yaitu malleus, incus, dan stapes—yang memperkuat suara dan menembus cairan di dalam telinga dalam, yang bergetar dan akhirnya menggoyang bulu-bulu yang mengirimkan sinyal ke otak.
Tetapi gelombang suara di air melewati ikan dengan mudah, karena memiliki kerapatan yang mirip dengan air sekitarnya. Jadi ikan berkembang memiliki kantung udara yang diisi udara—sebenarnya sebuah gelembung—yang bergetar sebagai respons terhadap suara yang melewati tubuh ikan. Getaran-getaran ini ditransfer ke telinga dalam ikan secara sederhana pada umumnya pada ikan laut, yang membatasi pendengarannya hanya pada nada rendah di bawah sekitar 200 Hertz.
Ikan otophysan, namun, mengembangkan tulang “ossicles” berbentuk tulang di antara kantung udara—sering disebut salah sebagai kantung renang—dan telinga bagian dalam untuk memperkuat dan memperluas rentang frekuensi yang dapat didengar oleh telinga. Misalnya, ikan zebra dapat mendengar frekuensi hingga 15.000 Hz, tidak jauh dari batas 20.000 Hz pada manusia.
Mengapa ikan-ikan ini perlu mendengar frekuensi tinggi adalah misteri, meskipun mungkin karena mereka hidup di lingkungan yang beragam dan rumit, mulai dari aliran air yang deras hingga danau yang tenang.
Liu mempelajari alat Weber pada ikan hidup dan fosil, serta tahun lalu menerbitkan simulasi komputasi tentang bagaimana alat tersebut bekerja. Simulasi tersebut memungkinkan dia untuk memprediksi respons frekuensi dari tulang-tulang rawan tulang bony, dan dengan demikian sensitivitas pendengaran ikan.
Banyak spesimen ikan fosil yang baru dinamai, hanya sepanjang 2 inci, telah diekspedisi dan dikumpulkan di Alberta, Kanada, selama enam musim lapangan mulai tahun 2009 oleh ahli iktiyologi dan penulis bersama Michael Newbrey dari Columbus State University di Georgia.
Fosil-fosil tersebut disimpan di Museum Royal Tyrrell di Drumheller, Alberta. Beberapa contoh spesimen sangat terawat dengan baik sehingga tulang-tulang telinga tengahnya jelas terlihat sebagai Weberian. Ikan ini adalah fosil otophysan ikan yang paling tua dikenal di Amerika Utara, atau Otophysi, yang berasal dari periode Kretase akhir, hanya sebentar sebelum dinosaur non-avivis yang punah.
Contoh yang lebih tua telah ditemukan di tempat lain di dunia, tetapi tidak ada yang memiliki perangkat Weber yang terawet dengan baik, kata Liu.
Teknisi dari Canadian Light Source di University of Saskatchewan di Saskatoon dan di McGill University di Montreal melakukan pemindaian X-ray 3D pada ikan tersebut, dan Liu memodelkan tulang-tulang pendengaran (ossicles) dari perangkat Weber di laboratoriumnya. Model ini menunjukkan bahwa bahkan 67 juta tahun yang lalu, ikan otophysan memiliki kemampuan pendengaran yang hampir sepeka ikan zebra today.
Kami tidak yakin apakah ini adalah alat Weberian yang sepenuhnya berfungsi, tetapi ternyata simulasi ini berhasil,” kata Liu. “Alat Weberian memiliki sedikit daya output yang lebih rendah dibandingkan ikan zebra, yang berarti kepekaannya lebih rendah. Namun, frekuensi paling sensitif, yaitu puncaknya, tidak terlalu jauh lebih rendah dibandingkan ikan zebra—antara 500 hingga 1.000 Hertz—yang tidak terlalu buruk dan berarti pendengaran frekuensi tinggi seharusnya telah dicapai oleh ikan otophysan tua ini.
Ia mencatat bahwa temuan-temuan tersebut menunjukkan pola umum dalam evolusi: peningkatan tiba-tiba dalam spesies baru dapat muncul dari insiden berulang masuk ke habitat baru, bukan hanya dari satu peristiwa penyebaran, terutama ketika dikaitkan dengan inovasi baru, seperti pendengaran yang lebih peka.
Selama waktu yang lama, kami mengira bahwa Otophysi kemungkinan berasal dari air tawar karena kelompok ini hampir secara eksklusif terdiri dari ikan air tawar,” kata Newbrey. “Spesies baru ini memberikan informasi penting untuk interpretasi baru mengenai jalur evolusi Otophysi dengan asal laut. Ini jauh lebih masuk akal.
Penulis bersama lainnya dari makalah ini adalah Donald Brinkman dari Museum Tyrrell Kerajaan, Alison Murray dari Universitas Alberta, mantan mahasiswa sarjana UC Berkeley Zehua Zhou, yang sekarang menjadi mahasiswa pascasarjana di Michigan State University, dan Lisa Van Loon serta Neil Banerjee dari Universitas Western di London, Ontario.
Informasi lebih lanjut:Juan Liu dkk, Asal laut dan radiasi air tawar ikan otophysan,Sains(2025). DOI: 10.1126/science.adr4494.www.science.org/doi/10.1126/science.adr4494
Disediakan oleh University of California – Berkeley
Cerita ini pertama kali diterbitkan diBisakimia.
Leave a Reply