鱼类也“热血”

鱼类也“热血”？在人们通常的印象中，鱼类和“温血”两字是不会有什么关联的。这也难怪，我们平时触摸鱼类的身躯，感到的绝不是猫狗那样的“热乎乎”，而是和周围的水一样冰凉。并且，我们所学习的自然科学课程中，也将鱼类，以及两栖类和爬行类动物这类摸起来“冰冰凉”的动物称为“冷血动物”，而只有鸟类和哺乳类，才是摸起来“热乎乎”的“温血动物”。然而，大自然又一次证明，这种截然的划分是一种愚蠢的行为。就在几天前，科学家们在顶级科学期刊《科学》上报道，他们发现了一种神奇的鱼类——月鱼。它也能将自己的体温保持在高于水温的水平，从而让自己以鱼类之身跻身于“温血”的行列之中。温血、恒温和生存事实上，我们平时所说的“冷血动物”和“温血动物”，更为科学的表述应该是“变温动物”和“恒温动物”。所谓变温动物，是指那些不能自主维持一定体温，而只能让体温随着外界环境温度变化而变化的动物。例如各种常见的鱼、蛙类、龟和蜥蜴等，它们并不能大量的产热，使得不能依靠自身产生足够的支持活动的热量，因此，各种两爬类在活动时需要从外界获取热量--这就是蛇、蜥蜴、龟等喜欢“晒太阳”的缘故。同时，它们也无法维持自己的体温，因此体温和外界温度是接近的--这就是为何我们触摸起来觉得凉的原因。而对于我们人类，以及绝大多数哺乳动物和鸟类来说，可以将体温维持在某一恒定的温度，并不因外界环境温度的变化而变化。海鬣蜥在下水前要晒太阳以升高体温恒温能给动物带来诸多的好处。例如高于环境的体温能够加快体内代谢水平，提高神经系统对刺激的敏感性和持久性，增加肌肉的灵活性和收缩力度等等。更为重要的是，恒温让动物能够更加适应多变的环境，从而扩大自己觅食、繁殖的范围。这就是为何在中生代之后恒温动物能够成为地球主宰的原因之一。当然，一些变温动物也能通过一些手段来暂时性的获得较高的体温。例如在某些鲨鱼和金枪鱼体内，由于快速游动的需要，它们会利用特殊产热肌群产生热量，并通过复杂的血液循环通路维持热量保持在这些肌肉中，从而获得较高的运动能力、一些蟒也能在产卵时依靠肌肉的不断收缩来维持较高体温，以利于产卵；而一种高山蜥蜴也能通过太阳光，在气温接近零度时将体温升高到近30℃。然而，这些加温过程都是暂时的，或是局部的。到目前为止，仅有月鱼，被发现具有真正称得上“恒温”的体温维持能力。恒温的鱼月鱼（Lamprisguttatus）属于月鱼目、月鱼科、月鱼属，是一种大型的半深海鱼类。它的身躯圆而侧扁，银色的体表上附着着点点白斑，远远看去好似一轮满月，使得人们以月亮为它命名。月鱼月鱼最为引人注目的，就是它那些大而长、颜色鲜红的鱼鳍。而它的胸鳍则尤为发达。驱动这对胸鳍的，是埋藏在厚厚隔热脂肪层下的胸肌，这正是月鱼身体热量的“发动机”。月鱼的胸肌极为发达，占据了体重很大比例，并且不同于我们通常看到的鱼类白色的肌肉，月鱼的胸肌因为富含血红蛋白而呈现红色。它能进行有氧代谢，从而产生大量的热。月鱼依靠胸肌挥动胸鳍在海中游泳，同时产生的大量的热就被血液源源不断的输送到身体各处。根据科学家在月鱼体内放置的温度感受器测量，月鱼的体温可以恒定的维持在14℃左右。当然，高效的产热机制只是月鱼能够维持恒温的能力之一。对于月鱼而言，它还要面临的一大挑战是如何对抗鳃部的热量散失。这是因为，作为鱼类月鱼需要通过鳃和海水进行气体交换，而在鳃进行气体交换的鳃丝部位，血管和海水间只隔有薄薄的几层细胞，加上鳃丝极大的表面积，如果不采取措施，会使鳃成为一个巨大的“散热器”，让热量白白丧失在冰冷的海水中。为此，月鱼演化出了一套名为“逆流热交换”的血液循环系统。简单来说，就是流入鳃的血管和流出鳃的血管彼此平行交错排列，而二者内部血液的方向是相反的。这样，温暖但少氧的入鳃血，将热量传递给了低温但多氧的出鳃血，使得入鳃血温度下降、出鳃血温度上升。因此，鳃的温度下降，减少了和海水的温差，减少了热量丧失，而出鳃血带着交换而来的热量进入身体内部，将氧气和热量提供给了鱼体，从而维持了体温。月鱼的体温可以始终维持在14℃左右，比周围海水温度高4-5℃。在这“开源”和“节流”的双重功能之下，使得月鱼能够维持比海水温度高4~5℃的体温，这使得月鱼能够长时间的潜入百余米深的海水跃温层下部，去追逐丰富的饵料，甚至进入更深但更冷的海水中游弋。这比起那些虽然局部具有较高温度，但仍需不断进入表层暖水补充热量的鱼类而言，无疑具有更大的生存优势。逆流交换和仿生学逆流热交换，从本质上来说，就是利用输入端和输出端具有较大的温差而具有较高热交换率，来充分进行热交换的过程。对于人类来说，“逆流热交换”是工程和生活中应用广泛的热交换系统。几乎所有的热交换器，都会多少使用到“逆流热交换”的原理。然而，演化的神奇力量，让“逆流热交换”这一装置不仅出现在月鱼体内，还在多次在其他生物体中出现。例如在极地生活的鸟类如企鹅等的脚中，就有由静脉网包裹动脉形成的逆流热交换系统，同样能够减少热量从脚部的散失，同时还能减小寒冷对动脉的损伤。鸟类脚部存在的热逆流交换系统除了热量可以逆流交换，物质也可以逆流交换，因为和热量一样，在物质浓度差较大的部位，物质扩散的速率更快。例如在鱼鳃中，水流方向就和鳃小叶中的血流方向相反，这样可以极大提高氧气从水中向鳃中的扩散，使得鱼类能从水中摄取高达85%的溶氧，是不经过逆流交换的5倍以上。而在包括人类在内的哺乳动物肾脏中，肾小管也是通过逆流交换机制，从原尿中重吸收各种离子。目前，这种物质的逆流交换装置，已经成为了仿生学重要的模仿对象，在物质分离纯化、污染物回收等方面有着重要的应用价值。因此，对于恒温的月鱼，我们不仅要感叹这是演化上的一大奇迹，更要探索它背后所蕴藏的科学原理。而这些知识，也必将更加丰富人类的智慧和生活。