因为有抗冻蛋白,所以生活在南极水域的鱼的血液不会结冰,尽管温度在0℃左右,这些蛋白质可以防止血液中的水变成冰,破坏细胞。
南极洲是一个非常荒凉的地方。气温远在冰点以下,风刮得很大,看不见一棵树。那里的一切都能存活,真是奇迹。真正让我困惑的是像鱼这个脆弱的生物怎么能在那里生存。
如果你养过金鱼,那么你就知道它对温度的变化有多敏感。是什么让鱼类如此容易受到变化的影响?在南极寒冷水域游泳的鱼是如何生存的?
冷血生物,我们经常听到一种说法,鱼是冷血的,但是这是什么意思呢?冷血动物是一种体温取决于周围环境的动物。这可以在几乎所有的鱼类、爬行动物和两栖动物身上看到。
另一方面,温血动物可以保持体温。大多数温血动物适应一系列温度没有问题。这主要存在于哺乳动物和鸟类中。一些鱼类已经适应了温血系统,如太平洋蓝鳍金枪鱼,它显示了静脉和静脉之间的自动热交换。在夏威夷发现的月鱼实际上是一种完全的温血动物。
南极海洋的鱼类却不是这个。他们是由冷血动物组成的,但他们进化出了一种有趣的适应。
这是一条蛋白石鱼,唯一真正的温血鱼。
冰冻温度的危险,血液必须不停地流遍活体动物的全身。血液将氧气和营养输送到我们身体的各个部位,那么南极的普通血液呢?
首先,我们的血液90%是水。这意味着我们的血液会在南极水域冻结。由于海洋中的盐分,水的结冰温度下降到-1.9℃,这种零下的温度会导致血液中冰晶的形成。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,就像用针刺破我们细胞的精致气球一样。
像鱼这个的冷血动物必须找到其他方法来对抗这些冰冻的温度,因为它们不能指望自己的体温来拯救它们。
那么,这条特殊的鱼是如何战胜霜冻的呢?血液中含有防冻血!
防冻血液是指一些可以加入水中以降低其冻结温度的化合物。防止血液防冻的典型方法是防止冰晶的形成。
在北极鱼中,这些特殊的化合物是鱼体内的抗冻蛋白。它们就像身体中的任何其他蛋白质一样产生。
那么,这些蛋白质对防止血液冻结有什么作用呢?
椭圆形的冰鱼,是很多血液中含有抗冻蛋白的鱼类之一。当水被压缩成特定的晶格时,就形成了冰。这意味着随着分子越来越近,水将会凝结,随着它们的分子间空减小,水分子之间的相互吸引更加强烈,从而形成晶格。
鱼类血液中的抗冻蛋白进入这些晶格,阻止它们连接在一起。如果晶体不能相互连接,它们就不能在血液中形成冰。它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,这并不是我们看到这种能力的唯一地方!
自然界中的防冻剂,南极鱼并不是唯一进化出这种有趣适应能力的生物。抗冻蛋白实际上存在于很多其他生物中。
这种适应可以在很多原始生物中看到,比如海冰硅藻和一些细菌,也可以在更进化的生物中看到,比如雪霉菌甚至一些甲虫!
黄粉虫是另一种血液中含有抗冻蛋白的物种。
有趣的是,这些适应以不同的方式进化,但最终达到了差不多的结果。在进化的研究中,这种现象被称为收敛进化。简单来说,就像地图上很多不同的路线,终点都是同一个目的地。
这些抗冻蛋白令人兴奋的一点是,它们实际上可能对人类有用!
在保存组织时,它们可以作为冷冻保存的申请人,特别是在医学上。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。冻害是植物的一大破坏因素,所以使用这些天然多肽化合物可以帮助植物度过一个特别严酷的冬天。
令人兴奋的是自然界的意外发现如何改变我们的生活方式!