科學也可以如此靠近

冰面下的魚會覺得冷嗎?冰箱裏的魚呢?

1月
11
2022

2022年1月11日09時

2021年11月12日 11:00

科學報綜合

  ★ 水裏沒我們想象的那麼冷。

  ★ 為了抵禦寒冷,魚各有各的絕活。

  ★ 如果氣溫緩慢下降,魚可能更先被憋死而不是凍死……

  氣溫驟降,一邊盼著暖氣來一邊加衣服的我們,有沒有想過這個問題——在冬天,魚兒們是如何安然過冬,沒被凍死的呢?

  圖蟲創意

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  冬天的自來水寒徹骨

  所以水裏比陸地更冷嗎?

  在我小的時候就一直有這個疑問,冬天湖水凍冰了,裏邊的魚可怎麼辦?為什麼湖水化凍以後,裏邊還有那麼多魚?魚不會被凍死嗎?後來我從一本地攤文學畫報裏看到了一個故事:每到冬天魚就會被凍到冰裏,全部被凍死,但魚卵不怕凍,到了春天魚卵就會孵化成小魚,春天冰化了,小魚會吃死去的大魚,然後長大繼續繁衍生息。。。。。。這缺了八輩子大德的地攤文學就這樣騙了一個懵懂純良的少年十餘載。。。。。。

  那麼,魚到底會不會被凍死呢?當然答案是肯定的,只要溫度足夠低,任何生物,即便是地表最強生物的代表——水熊蟲也會被凍死,魚又有什麼特殊?一樣會被凍死咯!

  要想說明白這個問題,必須先解釋清楚一個很多人都不一定知道的事兒:陸地更冷還是水裏更冷呢?大多數人的經驗是:同樣溫度下,水裏會更冷,比如冬天的時候打開水龍頭用自來水洗手,就會有冰冷刺骨的感覺;那麼生活在水裏的魚,一定會感覺更冷唄?其實這是我們感官上的一個錯覺。

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  水是常見的流體中,比熱容最大的一種,而且水的密度是空氣的上百倍,這就讓水傳導熱量的能力遠高於空氣。我們人類屬於恒溫動物,體溫是恒定的,所以當體表接觸低於體溫的介質時,身體的熱量就會被帶走,這時就會產生「冷」的感覺。但是魚跟我們人不一樣,它們是變溫動物,身體的溫度會隨著環境溫度而改變,生活在淡水中的魚,體溫是和水溫一樣的。

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  適宜魚兒們生存的環境溫度

  最低不能低於多少呢?

  初中物理告訴我們,一個標准大氣壓下,冰水混合物的溫度是0攝氏度,也就是說只要魚在淡水裏,即便結冰溫度也不會低於0攝氏度;當環境溫度低於零度,水就會結冰,而當水全部結冰,溫度才會繼續降低。那麼魚能夠經受得住0攝氏度麼?如果魚被凍進冰裏,溫度低於0攝氏度,魚還能活嗎?

  在自然環境中,只要水體足夠大,深度足夠深,水體中底部的溫度是要高於水表溫度的。氣溫達到零下,水體表面的水就會結冰,結冰後體積會膨脹,密度會減小,一直漂浮在水的表面;而由於水是熱的不良導體,冰的存在又進一步減少了水中熱量的散失,從而影響氣溫傳導至冰以下那些未凍結的水,這時水的溫度一般高於0攝氏度,而且隨著水深度的增加,溫度會進一步的上升。一般來說,溫帶湖泊的湖面結冰以後,湖底的溫度可以維持在4攝氏度左右,只要魚老老實實待在湖底,就不用擔心會被凍死。

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  而在一些較大的河流中,河水在流速較快的時候,只有表層會凍結,而下層的水仍然處於流動狀態,水溫也會高於0攝氏度,魚也不必擔心自己被凍死了。

  再有,現生的3萬多種魚類中,有一些種類是生活在熱帶地區的,比如水族店裏常見的「神仙魚」,只要水溫低於10攝氏度,基本上就死翹翹了;而生活在溫帶和寒帶的魚類,比如我國常見的鯽魚,就能輕松過冬,可見會不會被凍死,與魚的「體質」也是有很大關系的。

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  經曆嚴寒依然能夠存活

  魚兒們為此都付出了哪些努力?

  魚作為變溫動物,自身消耗的能量遠低於我們人類這樣的恒溫動物,而低溫環境更是進一步降低了魚的新陳代謝。所以,魚即便不進食,只依靠體內儲存的能量就足夠挨過冬天,於是乎,魚中的大多數也不必擔心會被「餓死」。

  那些生活在溫帶寒帶「抗凍」的魚到了冬季,體內的蛋白質和糖的濃度會變高,尤其是葡萄糖,濃度可以增加夏季的一倍以上,這就讓鯽魚體液的冰點降低,即便體溫達到0攝氏度,體液也不會結冰,這也成為其避免被凍死的主要原因:細胞內的液體結冰後膨脹將細胞膜撐破,導致細胞受損而死亡。同理可證,由於我們養的金魚屬於由鯽魚馴化培育出的人工觀賞品種,所以即便魚缸表面的水結冰,只要水沒有完全凍結,魚就不會被凍死。

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  當然,經常去河邊散步的朋友會看到,每年都會有一些魚被凍在冰裏,其中大多數是因為受傷或體弱等原因導致的,還有一些可能就是單純因為倒黴。魚在寒冷的水中雖然遊得十分緩慢,但也高於大多數情況下水結冰的速度,當它察覺到即將凍冰,早就遊走了。

  不過近些年網上流傳一些這樣的視頻:把完全凍住的一條魚從冰箱裏拿出來,放到水裏化凍一會兒還能活過來。這樣的視頻一般是先把魚放入液氮中,利用液氮將近-200攝氏度的低溫急凍,這時魚體表凍結的速度非常快,但魚體內還是正常溫度,看上去魚表面是一層冰,放到水裏以後,體表的冰化了,魚自然也就「活過來」了。其實,如果凍的時間長一些,魚很可能就活不過來了。

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  趨利避害的洄遊和打鐵還需自身硬

  海水魚為了生存各出奇招

  應付寒冷求生存,生活在海水中的魚可能就會更辛苦一些。海水的鹽度一般在3%左右,所以冰點也會降低到-2攝氏度,而海水魚體內的體液鹽度並沒有這麼高,也就是說海水魚面臨著「雖然水沒有結冰,但是身體裏的體液卻結冰」的問題,這時候魚兒們會怎麼辦呢?

  一種解決辦法就是搬家:海洋的面積很大,不少魚都有洄遊的習慣,比如我們熟悉的大黃魚,每年春天大黃魚會從深海來到沿岸產卵,產完卵的大黃魚會分散到沿岸的河口等環境度過夏天,秋季再集體返回產卵場產卵。而到了冬季,它們則會集體遊到水深約100米以上的深水區,深水區的環境相較於海水表層更加穩定,溫度變化很小,大黃魚就可以在這裏安然地度過冬天,就像生活在東三省的人經常會在冬天飛到海南一樣。。。。。。

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  可是,並不是所有魚都洄遊,就有一些「鋼鐵直男」選擇把自己變得很抗凍,其中的代表就是拉氏南美南極魚(Patagonotothen ramsayi)也叫南極冰魚。

  科學家通過研究,在這個家夥體內發現了一種特殊的蛋白質,這種蛋白質可以讓魚體內體液的冰點維持在-2攝氏度左右;在近些年的持續研究中,科學家又在這種魚體內發現了好幾種有類似作用的蛋白質,並將其稱為抗凍蛋白(Anti Freezing Protein),這些蛋白質和水分子結合,控制水分子的不規則運動,以達到降低魚體液冰點的作用。後來有科學家試圖將這種蛋白質分離出來,並嘗試將其植入其他物種體內,如果成功了,就能讓一些熱帶地區才能種植的農作物可以在氣溫更低的地區種植了,看來家住東北的小夥伴想在後院種芒果的夢想,實現起來也是指日可待了!

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  最後,有一個笑話分享給大家:說無論如何魚都是不會被凍死的,因為即便是被冰凍住(只要不是瞬間低溫的急凍),有很大概率不是被凍死而是死於窒息,因為魚需要通過鰓與水的接觸,獲得溶解在水中的氧氣進行呼吸;而水凝固成冰以後,魚就無法呼吸了,所以從科學嚴謹的角度來看,與其說魚是被凍死的,還不如說它們是先死於窒息的。。。。。。

  參考文獻:

  《冷血脊椎動物冷適應研究》 ,四川動物2006年 第25卷 第2期,張強,謝鋒,江建平,鄭中華,徐俊曉,程貴英

  作者 | 李維陽 ;

  審核 | 黃乘明 中國科學院動物研究所 研究員

  原標題:魚會覺得冷嗎?為了不被凍死 它們竟如此努力

  來源:科學辟謠


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