Andades våra förfäder genom öronen?
En fossil fiskskalle från Lettland, som forskare från Uppsala universitet beskriver i veckans nummer av tidskriften Nature, visar att de tidigaste landdjuren troligen andades genom sina öron.- Det förefaller som om det första steget i mellanörats evolution inte hade någonting med hörseln att göra. Våra förfäder skaffade sig öron för att andas med dem, säger professor Per Ahlberg.
Människans hörselsinne bygger på ett samspel mellan två olika organ: innerörat och mellanörat. Innerörat innehåller sinnescellerna som uppfångar ljudvibrationerna och skickar dem vidare som nervimpulser till hjärnan. Mellanörat är en sinnrik mekanisk ljudförstärkare som fångar upp de svaga ljudvibrationerna i luften med ett membran (trumhinnan), förstärker dem genom ett hävstångssystem (hörselbenen) och skickar dem vidare till innerörat. Utan mellanörat skulle innerörat inte fungera.
Alla ryggradsdjur har inneröron, men mellanöron finns bara hos landdjuren. Fiskar behöver inte mellanöron eftersom ljudvibrationerna i vattnet är starkare och lätt passerar genom fiskens kropp. Mellanörats konstruktion skiljer sig dock mellan olika landdjursgrupper: däggdjur har en trumhinna och tre hörselben (hammare, städ och stigbygel) medan fåglar, kräldjur och grodor bara har ett hörselben (stigbygeln) som kopplar trumhinnan direkt till innerörat. Men det är tveksamt om däggdjurens, kräldjurens och grodornas trumhinnor är identiska eller om de uppstått oberoende av varandra. En jämförelse med fiskarna gör snarast bilden mer förvirrande: istället för mellanöra har fiskar en liten gäle, ”spruthålet”, som inte täcks av någon trumhinna utan bildar en öppen kanal mellan svalget och huvudets utsida. Stigbygelns motsvarighet, hyomandibulan, stöder gällocket men har ingen kontakt med innerörat. Varken hyomandibulan eller spruthålet har någon roll i hörseln.
Dessa skillnader gör det svårt att förstå hur mellanörat har uppstått. Hur kunde evolutionen ändra både struktur och funktion på fiskarnas spruthål så radikalt? Hade de tidigaste landdjuren ett ljudförstärkande mellanöra överhuvudtaget? De tidigaste fossila landryggradsdjuren eller ”tetrapoderna” som till exempel Acanthostega från Grönland (som levde för ungefär 360 miljoner år sedan) hade en stigbygel som var i kontakt med innerörat, men den var stor och klumpig och verkar inte ha varit kopplad till en trumhinna. De hade också ett par runda ”urtag” i skallens bakkant: hos moderna grodor är motsvarande urtag fästpunkten för trumhinnan, men hos fiskar är det platsen för spruthålets yttre öppning. Den här kombinationen av karaktärsdrag har lett till hypotesen att de tidigaste landdjuren fortfarande hade öppna spruthål och kanske andades genom dem.
Uppsalaforskarnas nya data ger denna hypotes starkt stöd. Informationen kommer från en skalle av Panderichthys från Lettland, den fossila fisk som står allra närmast landdjurens uppkomst. Det var varit känt att Panderichthys hade en hyomandibula, och det antogs allmänt att dess spruthål var av normal fisktyp. Men det stämmer inte: i själva verket liknar hålet ”mellanörat” hos en tetrapod som Acanthostega. Eftersom hyomandibulan hos Panderichthys inte har någon kontakt med innerörat, kan dess spruthål/mellanöra knappast ha haft en ljudförstärkande funktion.
– Omvandlingen av spruthålets form måste alltså ha orsakats av en annan drivkraft än förbättring av hörseln, säger Per Ahlberg.
Jämfört med närbesläktade fiskar har spruthålet hos Panderichthys betydligt större diameter och är dessutom både kortare och rakare. Det ser ut som en anpassning till aktiv andning (antingen av vatten eller luft) genom spruthålet, jämfört med ”vanliga” fiskar hos vilka bara en liten del av andningsvattnet passerar genom detta hål. En liknande anpassning kan ses hos moderna rockor, som har ett mycket stort spruthål.
Eftersom ”mellanörat” hos de tidigaste tetrapoderna har samma form som ”spruthålet” hos Panderichthys verkar det sannolikt att andningsfunktionen också fanns kvar hos dem. Men hos tetrapoderna är gällocket borta och hyomandibulan förvandlad till en primitiv stigbygel. Det faktum att stigbygeln har kontakt med innerörat tyder på att en rudimentär hörselfunktion också hade tillkommit.
– Vi kan spekulera om hur detta gick till. Spruthålet hos en fisk kan stängas upptill av en ventilmuskel. Om en tidig tetrapod gjorde detsamma skapades tillfälligt ett verkligt slutet mellanöra där stigbygeln, som troligen stödde mellanörats vägg, kunde vidarebefordra vibrationer från mellanörat till innerörat. När hörselfunktionen så småningom blev viktigare stängdes spruthålet permanent av en trumhinna, säger Per Ahlberg.
Artikeln publiceras i Nature den 19 januari.
Kontaktinformation
Kontaktpersoner:
Per Ahlberg, tel: 018-471 26 41 eller via e-post: Per.Ahlberg@ebc.uu.se
Martin Brazeau (försteförfattare, talar inte svenska), tel: 018-471-61 20 eller via e-post: Martin.Brazeau@ebc.uu.se
