黑龍江哈爾濱一女子有一個小院,平時不住人,只是偶爾去玩一下。女子在屋子里放了一個魚缸,養了一些魚,為了省電白天都沒開電鍋爐,只在晚上才開,避免魚被凍死了。
12月23日晚,女子照例去院子開電鍋爐,結果發現浴缸居然凍結起來了,原來是氣溫下降太厲害,已到了零下29度。女子用手砸也砸不開冰,用改刀鑿了好一會兒,才鑿開了冰面。
好在下面的水還沒有結冰,魚兒在里面還活著,女子趕緊把魚撈了出來,放在溫暖一些的水里,很快它們就緩過氣來了。
很多人可能覺得奇怪,物理常識說,冰水混合物的溫度是攝氏零度,為什么魚還沒有被凍死呢?
這個問題其實很有代表性,實際在一些寒冷的地方,很多湖面河面都會結冰,然而第二年開春,冰雪消融的時候,水里的魚兒們又開始活蹦亂跳,悠哉游哉地享受生活了,它們為何能度過酷寒的冬天呢?
首先魚肯定是會被凍死的,因為不管是我們人類、陸地動物還是魚類,都是由細胞組成的,身體中絕大部分的質量都是水。如果體液的溫度降低到零度,就可能導致液體結冰形成冰晶,膨脹刺破細胞,導致細胞受損死亡,最終導致整個生命的凋零。
然而我們人類是恒溫動物,生命系統會消耗能量將我們的體溫保持在攝氏36度左右,即使短時間處于零度以下的寒冷環境中,也可以通過消耗能量來維持體溫,不會讓體液降到零度以下造成細胞死亡,從而安然地度過寒冷天氣。但你如果一直浸泡在冰水中肯定就會有問題了,但也不會因體液結冰,大量細胞被刺破而死亡——實際上人的體溫降到30度以下,很快就會因重度失溫而死亡。
而魚是變溫動物,體溫和環境的溫度是一致的,隨著環境溫度變化而變化,無需消耗更多能量來維持自己的體溫,并且溫度越低,新陳代謝越慢,消耗的能量也就越小。這也是魚可以在寒冷的天氣下安然度過冬天,不會餓死的原因,因為它們體內存儲的能量可以在新陳代謝極慢的情況下,維持更長的時間。
但這還是沒有解釋魚在冰下為什么沒有被凍死的疑問。事實上熱帶魚如果不加溫,是難以度過中國不少地區的冬天的,因為它們要求的水溫一般在10度以上,而中國很多地方的冬天,水溫是低于這個溫度的。
但溫帶寒帶的魚就抗凍多了,比如我們常見的鯽魚,冬季的時候它們體內的糖濃度會增高,甚至可達夏季的一倍以上,這就可以降低它們體液的冰點,即使到了零攝氏度也不會結冰。而金魚、錦鯉都是由鯽魚、鯉魚馴化而來的觀賞魚,習性與老祖先一樣,因而一樣抗凍,不易被凍死。
更何況水結冰是一個漫長的過程,尤其是在自然界的大面積水體中,很多時候表面已完全凍結,下面仍然是高于零度的液態水,越到下面溫度越高,一些上面凍結的江河湖泊,最底部的水溫可以維持在4攝氏度左右。即使是在地球最深最黑暗的馬里亞納海溝,水溫也在1到4攝氏度之間。
而且水體表面結冰后,反而阻止了熱量的散發,下面的水更難以凍結。所以只要水體沒有被完全凍結,里面的魚就不會被凍死。
有人可能就會問了,表面結冰了,下面的水就不能和空氣交換氧氣了,魚在水里不斷消耗氧氣,難道不會因缺氧而死去嗎?
2017年的時候,《自然-科學報告》雜志發表了英國利物浦大學的一篇研究文章,科學家們發現北歐冰湖內的金魚及其野生親戚鯽魚,可以在缺氧的冰蓋下頑強生存四五個月,安然度過漫長寒冷的冬天。
經過長時間的研究和實驗后,科學家們發現,大多數動物體內都有一組蛋白質,能把碳水化合物輸送到細胞的能量包——線粒體,但在缺氧的情況下,碳水化合物的消耗會產生乳酸,造成乳酸性酸中毒,所以人類和大多數動物會在缺氧幾分鐘內就死去。
而金魚和鯽魚進化出了第二套蛋白質,可以在缺氧時將體內的乳酸轉化成酒精,再通過鰓排放出去,從而避免了死亡的命運。經過測量,科學家們發現,這些金魚血液中酒精濃度甚至可以超過50mg/100毫升,達到了蘇格蘭和北歐國家的酒駕標準。
科學家們的計算表明,如果把金魚放在一個密封的啤酒罐里,它們可以在200天的時間里,把這杯水變成酒精度為4%的“啤酒”!驚不驚喜?
但這項研究也表明,鯽魚的遠房親戚鯉魚卻沒能進化出這種蛋白質,所以雖然也能忍受缺氧環境,但在嚴重缺氧時也會很快死去,這是不是意味著錦鯉比起金魚來,耐受冬天的能量要差一些呢?
參考:
ScientificReports:Extremeanoxiatoleranceincruciancarpandgoldfishthroughneofunctionalizationofduplicatedgenescreatinganewethanol-producingpyruvatedecarboxylasepathway