为什么南极的鱼不会冻死?

由于防冻蛋白,生活在南极水域的鱼类的血液不会冻结,尽管温度在0°C左右。这些蛋白质可以防止血液中的水变成冰并损害细胞。

南极是一个非常荒凉的地方。气温远低于冰点,狂风大作,看不到一棵树。什么东西都能在那里生存真是个奇迹。真正让我困惑的是像鱼一样脆弱的生物怎么能在那里生存。

如果你养过金鱼,那么你就知道对气温的改变有多敏感了。是什么使鱼类如此容易受到变化的影响呢?在南极寒冷的水域里游动的鱼是如何生存的?

冷血生物,我们经常听到的一句话鱼是冷血的,但这到底意味着什么?冷血生物是一种体温取决于周围环境的动物。这几乎在所有鱼类、爬行动物两栖动物中都能看到。

另一方面,温血动物可以保持自己的体温。大多数温血动物在适应一系列温度时几乎没有问题。这主要见于哺乳动物和鸟类。一些鱼类已经适应了温血系统,如太平洋蓝鳍金枪鱼,它表现出来自动脉和静脉的热量交换。在夏威夷发现的一种月鱼科鱼类实际上是完全温血动物。

南极海洋的鱼类并非如此。它们具有冷血动物的组成,但进化出一种有趣的适应。

这是一条欧巴鱼,唯一真正的温血鱼。

冰冻温度的危险,血液必须保持流遍活体动物的身体。血液将氧气和营养物质输送到我们身体的各个部位,那么南极地区的普通血液会怎样呢?

首先,我们血液其中90%是水。这意味着我们的血液会在南极水域冻结。由于海洋中的盐含量,水的冰冻温度降至-1.9°C。 这种低于零度的温度会导致血液中形成冰晶。当冰晶在我们的血液中形成时,它们会伤害我们所有的细胞,就像针戳我们细胞的精致气球一样。

像鱼这样冷血动物必须找到其他方法来对抗这些冰冻温度,因为它们不能指望自己的体温来拯救它们。

那么,这种特殊的鱼究竟是如何战胜霜冻的呢?血液中含有防冻血!

防冻血是指可以添加到水中以降低其冷冻温度的某些化合物。典型的防冻血的工作方式是防止冰晶的形成。

在北极鱼类中,这些特殊的化合物是鱼体内的防冻蛋白。它们就像体内任何其他蛋白质一样产生。

现在,这些蛋白质有什么作用来防止血液冻结?

卵形冰鱼,血液中含有防冻蛋白的众多鱼类之一。当水压缩成特定的晶格时,就会形成冰。这意味着随着分子越来越接近,水会凝结,并且随着它们的分子间空间减小,水分子相互吸引得更强烈,从而形成晶格。

鱼血液中的防冻蛋白进入这些晶格并阻止它们连接在一起。如果阻止晶体相互连接,它们就不能在血液中形成冰。他们不能形成大到足以对身体造成任何伤害的冰晶。

有趣的是,这不是我们看到这种能力的唯一地方!

自然界中的防冻剂,南极鱼类并不是唯一进化出这种有趣适应的生物,防冻蛋白实际上存在于许多其他生物体中。

这种适应在许多原始生物中都能看到,例如海冰硅藻和某些细菌,但也见于更进化的生物,如雪霉菌甚至某些甲虫

黄粉虫甲虫是另一种血液中含有防冻蛋白的物种

有趣的是,这些适应以不同的方式演变,但最终实现了相同的结果。在进化的研究中,这种现象被称为趋同进化。简单来说,它就像地图上的许多不同路线,它们以相同的目的地结束。

这些防冻蛋白令人兴奋的是,它们实际上也可能对人类有用!

在保存组织时,它们可以用作冷冻保存的申请人,特别是在医学中。这些化合物可用作对人体有毒的现有防冻化合物的天然替代品。

它也可以用于农业。冻害是植物的巨大破坏因素,因此使用这些天然多肽化合物可以帮助植物度过特别严酷的冬天。

令人兴奋的是,自然界中意想不到的发现如何改变我们的生活方式!