不管我们曾经把多少金鱼埋葬在大海,这些生物显然非常坚韧。把它们放在办公桌上的碗里,它们可能比你的工作寿命还长。把它们扔进当地的池塘,它们可能会长到巨大的尺寸并吞噬眼前的一切,破坏当地的生态系统。把它们冻在冰下过冬,春天它们还会奇迹般地游动。
仔细想想这是一项多么了不起的壮举:当然,天气寒冷,这会减缓鱼的新陈代谢过程——每个细胞中维持所有动物生命活动的化学反应。结冰水体表面的冰层实际上有助于将热量困在水中,所以在底部——在寒冷的天气里,温暖的淡水会停留在底部——鱼可以游向相对温暖的沉积物,基本上可以“冻”几个月。但即使有鳃,在那里呼吸也很困难。湖面上的冰阻止了新的氧气进入系统,而底部的微生物在进食时会消耗掉气体。最温暖的地方也是最缺氧的地方——而且直到冰融化,任何地方的氧气都不多。没有氧气,维持细胞活动的化学反应就无法进行。然而,这些看起来不起眼的鱼却能生存下来。
根据《科学报告》上的一项新研究,有些鱼通过“借酒消愁”来应对寒冷。它们拥有一种不寻常的能力(可以说是其他脊椎动物无法做到的),可以将碳水化合物转化为酒精。
该研究的首席作者,奥斯陆大学的Cathrine Elisabeth Fagernes在一份声明中表示:“乙醇的产生使得鲫鱼成为唯一一种能够在这恶劣环境中生存并利用这些环境的鱼类,从而避免了与其他鱼类在含氧量较高水域中的竞争和捕食。”
基本上,完全“自带酒水”使这些鱼免于乳酸中毒。当有氧气时,吸入会启动一系列化学反应,为肌肉产生能量。但如果氧气稀少,生产线就会转向一种快速的、无氧的解决方案,产生可以释放少量能量的化学物质。人类在剧烈运动时会体验到这一点;如果肌肉需要的能量比呼吸能提供的多,它们就会进行无氧产能。不幸的是,结果是乳酸。运动中的人类在血液和肌肉中乳酸堆积时会感到灼热感,但化学物质实际上在高浓度下会导致细胞死亡。每个冬天在冰下度过五个月肯定会让金鱼超过极限。
但金鱼和鲫鱼不必担心这个问题。它们不是沉溺于乳酸,而是将其转化为乙醇。根据Fagernes及其同事的说法,这种“饮酒习惯”得益于另一组控制能量生产管道的关键蛋白质。第一组用于标准的、依赖氧气的代谢过程。另一组似乎在厌氧条件下被激活,并专门用于将乳酸转化为酒精废物。虽然乳酸会缓慢毒害我们这些生活在池塘里的朋友,但乙醇会安全地扩散出它们的鳃,进入周围的冰冷水域。有人想来一杯吗?
更酷的是:这种双重蛋白质可能源于一次全基因组复制事件。基因复制很常见,是物种学习新本领的好方法。例如,普通小麦有六个完整的基因组副本。大多数生物从每个亲本那里获得一个基因组副本,因此两个是标准数量。但如果某人最终拥有更多祖先基因组的副本,那么有时就会发生一些特别的事情。因为原始基因组可以执行维持生物体生命所需的各项功能——按时订购正确的蛋白质生产——多余的基因可以发生突变,而不会对携带它们的身体造成太大的风险。当像在没有氧气的情况下生存整个冬天这样有用的突变出现时,它必定会产生一个极其成功的鱼类谱系。在大约八百万年前的某个时候,金鱼和鲫鱼的共同祖先就如此幸运。
Fagernes说:“这项研究强调了全基因组复制在生物新颖性演化和物种适应先前不适宜环境中的作用。”
虽然这些鱼的酒精含量远远超标,但它们又不像在开车——或者做其他什么。虽然它们的适应能力使它们能够生活在北欧的池塘里,而其他生物在那里会死翘翘,但直到春天到来,它们仍然会度过一段缓慢、寒冷、昏昏欲睡的时光。