拖着死鱼会揭示粘液的超能力

通过拖动一堆死 ,科学家们可能揭示了生物界最重要物质之一——粘液的隐藏能力。他们发现的东西甚至可能帮助我们理解陆地脊椎动物生命的起源。

首先,要知道鱼身上覆盖着一层薄薄的粘液。这种黏滑的涂层(也称为“黏液层”)已知可以通过抵御病原体来保持鱼的健康。科学家们还发现了一些证据表明粘液可以减少阻力,帮助鱼更容易地在水中游动。

Noah Bressman,马里兰州萨利斯伯里大学的生理学家,研究了七鳃鳗的粘液,它们以粘液而闻名。但他很多其他研究都集中在两栖鱼类,或者说既能在水中又能在陆地上移动的鱼类——他好奇粘液是否也能帮助这些鱼类活动。

“一条两栖鱼在移动,基本上是在地上爬行,身上覆盖着粘液,这种粘液很可能影响它在陆地上移动的方式,”Bressman 告诉《流行科学》。“它会让移动更容易吗?它会润滑并帮助它们在陆地上更容易移动吗?”

为了回答这个问题,Bressman 求助于北方蛇头鱼,一种原产于亚洲的鱼类,在过去二十年里已成为美国各地分散的淡水栖息地的入侵物种。北方蛇头鱼 体长可达近三英尺,重达19磅——由于它们可以通过嘴巴呼吸空气,这些体型可观的鱼既能在水中生存,也能在陆地上移动。

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Noah Bressman 博士将一条北方蛇头鱼从水中拉出。图片由 Noah Bressman 提供

第一步是捕捉到鱼。当时,Bressman 和一位本科生 Francis Lopez-Chilel 从马里兰州自然资源部那里得到了一些蛇头鱼,他们在进行鲈鱼调查时会捕捉这些鱼。但这两位研究人员也学会了钓蛇头鱼,自该物种被引入美国以来,这项运动在美国变得很受欢迎。作为这项研究的标本采集的一部分,Bressman 甚至参加并赢得了一场蛇头鱼钓鱼比赛,他说这赢得了其他蛇头鱼渔民的尊重。

“这让我们能够测量更多的蛇头鱼,”Bressman 说。

此外,研究小组还收集了一些鲤鱼和鲶鱼,这两种鱼不会爬到陆地上,以便与蛇头鱼进行比较。鲤鱼和蛇头鱼一样有鳞片,而鲶鱼没有鳞片。

在这项研究中,每条鱼都被安乐死,并通过一条钓鱼线连接到力计上——这样研究人员就可以拉动鱼线,精确测量鱼开始移动所需的力。鱼在光滑的塑料桌子和人造草坪上向前和向后拖动。测量完每种配置后,研究人员擦干净每条鱼,然后再次拖动它们,以在没有粘液的情况下进行相同的测量。他们于 1 月 29 日在期刊 Integrative and Comparative Biology 上发表了他们的结果。

所有鱼类在覆盖粘液时移动都更轻松。这是有道理的——粘液很滑!但无论是在桌子上还是在草坪上,有粘液的蛇头鱼通常比有粘液的鲤鱼或鲶鱼更滑。(一个例外是当覆盖粘液的鱼在草坪上向后拉时,蛇头鱼和鲶鱼的光滑度没有显著差异。)

没有粘液的情况下,在桌子上拖动蛇头鱼比拖动鲤鱼或鲶鱼要困难得多。在草坪上,没有粘液的蛇头鱼比向后移动的鲤鱼更滑,但向前移动时则不是。与鲶鱼相比,没有粘液的蛇头鱼向前移动时更滑,而向后移动时两种鱼之间没有差异。研究小组注意到,当蛇头鱼被擦干时,残留的粘液会变得粘稠,这可能会增加拖动它们所需的力。

研究结果可能表明,蛇头鱼进化出了更滑的粘液,以帮助它们在陆地上移动,论文提出。

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研究员 Francis Lopez-Chilel 将力计连接到一条北方蛇头鱼上。图片由 Noah Bressman 提供

“通过进化出比鲤鱼等完全水生的物种更能减少摩擦的粘液,它们可以大大降低陆地运动所需的能量消耗,从而使它们能够覆盖更远的距离,”Bressman 和 Lopez-Chilel 写道。

Dylan Wainwright,普渡大学的生物学家,他没有参与这项新研究,他告诉《流行科学》,他“非常兴奋看到”这篇新论文,并表示数据“以一种令人满意的方式与你的预测相符”。

“我在我自己的工作中经常考虑鱼的表面、鳞片以及有时粘液,但在这方面几乎没有研究,”Wainwright 说。“看到别人能批判性地思考粘液及其在不同鱼类中的作用,真是太棒了。”

研究鱼类粘液可能具有实际应用。例如,一些科学家正试图开发模仿两栖鱼类的机器人,Bressman 指出。“如果用一种人造粘液涂抹机器人,帮助它在陆地上更容易移动呢?”他说。

但也许更重要的是,这项新研究可能为我们自身的起源提供一些线索。四亿年前,陆地上还没有脊椎动物——所有有脊椎的动物都还在水中游动。然后,一些生活在浅水、沿海栖息地的鱼(可能是著名的 Tiktaalik)开始爬上岸。这些生物最终成为了今天所有青蛙、鸟类和人类的共同祖先。

我们不知道粘液是否在这个进化史上的重要时刻发挥了作用。但 Bressman 说,这些早期的陆地居民可能产生了粘液,而且它们可能在其粘液中存在某种适应性,以帮助它们在陆地上生存,既可以起到润滑作用,也可以防止干燥。

Wainwright 想知道其他鱼类是否可能拥有独特的粘液。他建议,有些鱼生活在水底的沉积物中——它们的粘液摩擦力也可能不同吗?

“没有人用非常细致的眼光看过粘液的多样性,”Wainwright 说。

 

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