本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
在某个深度，即使是鱼类也难以在巨大的压力下生存。但这种深度仅在地球上少数低于水下 27,600 英尺的地方才能找到，那里的水压会扭曲鱼类蛋白质并压碎细胞。马里亚纳海沟就是这样一个地方，它在挑战者深渊处骤降至 36,200 英尺。那里的压力超过 1,000 个大气压。
几年前，我写了一篇关于詹姆斯·卡梅隆的团队在他作为 深海挑战探险 的一部分访问海沟底部时的发现的文章。但现在科学家们不仅访问了海沟底部，还在去年年底将着陆器降落在海沟壁上五个不同的深度。
通过深入海底——但并非完全到达底部——他们取得了一些非常惊人的发现，包括一种新的“世界最深鱼类”头衔的保持者。这条鱼在 26,872 英尺处被发现，仍然在 项目科学家保罗·延西计算的 理论极限区域内被发现。这一发现于 12 月中旬在 新闻界广泛报道，但经常伴随这些报道的新深度头衔保持者的镜头效果不佳。下面是一个更好的视频。这是一种奇特的鱼，似乎以某种方式结合了纸巾天使、迪士尼电影《小美人鱼》中的 小比目鱼 和 可怕的克苏鲁 的美学。
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我应该强调，看起来像触须的东西与章鱼和鱿鱼所拥有的触须结构不同，我甚至不确定它们是如何附着在这条鱼上的。它们是口部区域的突出物吗？还是那些透明鳍的一部分？他们初步将其鉴定为 狮子鱼。美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 捕获的不同狮子鱼物种的这张照片似乎表明，“触须”与鳍有关。（更新 1/12/15：科罗拉多大学医学院研究海鲂神经系统的教授托马斯·芬格给我发了一封电子邮件，说“[T]这条鱼上的所谓触须似乎是胸鳍的改良鳍条，类似于海鲂（Prionotus）上的改良鳍条。海鲂的鳍条专门用于化学探测，鱼类利用这些鳍条来寻找埋在沙子中的无脊椎动物。”有趣的是，为海鲂——以及可能是狮子鱼——的化学感应鳍条提供服务的神经直接从脊髓分支出来，并包含一种间歇性地遍布鱼类皮肤的简单化学感应细胞。这与鲶鱼、胡须鳕鱼和鳕鱼的触须形成对比，后者的触须是由为舌头提供服务的相同神经发展而来，并包含真正的味蕾。您可以在 此处 看到一张漂亮的海鲂胸鳍鳍条的照片。]
David Csepp，NMFS/AKFSC/ABL 拍摄的“纯净狮子鱼” - http://www.photolib.noaa.gov/htmls/fish4042.htm。根据公共领域许可通过 维基共享资源 获得许可。
不幸的是，我们没有新的名字刻在深海鱼奖杯上，因为这条鱼只是被摄像机观察到，而不是被潜水器或遥控潜水器 (ROV) 捕获。在生物学界，如果您没有新的标本来描述，您就没有新的物种。没有做好准备并非有意为之；ROV Nereus 最初计划随本次探险队同行，但可能 于去年 5 月在新西兰以北的克马德克海沟内爆。替代品已经在建设中。
这条鱼的新图像是由美国国家科学基金会资助的 Hadal 生态系统研究探险 (HADES) 在研究船法尔科号上拍摄的，令我高兴的是，它的名字与《永无止境的故事》中的幸运龙法尔科同名（我认为，当一个人从事科学探索时，这是一个恰当的精神寄托）。该项目将其五个着陆器派遣到 5000 米至 10,600 米（16,400 英尺至 34,750 英尺）的深度。正如联合首席科学家杰夫·德拉岑所说，仅仅研究海沟底部的东西就像仅仅通过检查山顶的东西来研究一座山一样。很有道理。
这种鱼承受巨大压力的惊人能力归功于其产生大量化学物质 TMAO。
这种分子调节细胞的渗透平衡，但也充当“化学伴侣”，支持蛋白质的正确折叠，并防止高压下的水强行进入蛋白质并使其形状变形，这对其功能至关重要。科学家们发现，硬骨鱼生活的深度越深，它产生的 TMAO 就越多（有趣的是，TMAO 会降解为三甲胺 (TMA)，这是造成老化海鲜“鱼腥味”的主要化学物质）。
海洋鱼类相对于其环境而言是 低渗的；也就是说，海洋是咸的，而鱼类内部的盐分较少。在这种情况下，渗透（还记得高中生物吗？）的力量将倾向于导致水从它们的身体渗出并进入海洋，从而产生致命的脱水。为了对抗这种影响，进化赋予了鱼类许多系统来对抗水的逸出。但这些系统中的每一个都基于海洋比鱼更咸的前提。
TMAO 除了可以防止压力增加外，还是一种溶质，可以提高鱼类内部的渗透浓度。根据延西的说法，据信没有鱼类能够生活在约 8,400 米（27,600 英尺）以下的深度，原因是该压力是鱼变得与海水一样咸的压力，可以这么说（TMAO 实际上不是盐，而是一种溶质，盐是其中的一种。溶质是渗透作用的关键）。如果 TMAO 浓度进一步升高，鱼类将变得高渗。
为了让鱼游得更深，它实际上必须逆转其渗透浓度调节系统，从试图阻止水流出，到试图将其推出门外。这并非闻所未闻；鲑鱼每次从淡水游到咸水或反之亦然时都会这样做。但它们必须在边界处暂停并等待数小时或数天，让它们的鳃和肾脏变形。延西认为，任何深海鱼都不太可能游到某个深度，停留数小时或数天让它们的身体重新配置，然后再游得更低。
深海硬骨鱼可能发现这特别困难的原因可能与其进化历史有关。化石和硬骨鱼的生物学强烈表明，它们都起源于淡水，后来又重新入侵海洋。在淡水中，它们体内的溶质浓度远高于淡水中的溶质浓度，它们进化出肾脏中称为 肾小球 的结构（你也有这些结构）来应对这种不平衡。它们似乎也降低了身体的渗透浓度，使其远低于海水，可能是为了节省渗透浓度调节成本。
但是，当硬骨鱼重新入侵海洋时，那里的水盐度再次远高于它们体内时，它们从未将渗透浓度恢复到更高的水平；如今，大多数浅水硬骨鱼的内部渗透浓度约为 350 mOsmol/kg，而海水为 1,100 mOsmol/kg。它们在淡水中使用的肾小球等结构被关闭，因为它们现在毫无用处。在许多谱系中——特别是自那以后从未重新入侵陆地的深海鱼类——它们已经完全消失了。因此，深海鱼类与淡水的短暂接触降低了它们的身体渗透浓度，并使它们成为渗透浓度的积极调节者，但它们退回到海洋并继续在那里停留，剥夺了它们在深海环境中生存所需的结构，在那里——具有讽刺意味的是——它们将像很久以前在陆地上的淡水中那样生活：相对于其环境而言是高渗的。
现在，要么是进化飞跃太远而无法重新激活它们的肾小球，要么是对于能够游得更深的鱼类的选择压力不足以有利于必要适应性的重新进化。或者，也许鱼类还没有足够的时间来进化它。有趣的是，只有两个科的硬骨鱼曾被发现在约 6,000 米（20,000 英尺）以下：鼬鳚科和狮子鱼科。强有力的证据表明，白垩纪期间海水氧气浓度大幅下降（令人难以置信的是，自从鱼类在 4 亿年前进化以来，已经发生了六次）导致了深海鱼类的大规模死亡。当大西洋在 9400 万年前开放时，它再次允许了使深水重新充氧的循环模式，但硬骨鱼似乎重新征服该领域的速度很慢。
我还应该注意到，TMAO 并非没有缺点。实际上，在没有高压等破坏稳定力量的情况下，它会损害蛋白质功能，因为它会过度稳定蛋白质并阻止它们发挥作用，因此鱼类必须能够在它们在水柱中上升时减少产量。TMAO 的有害影响可能解释了为什么鱼类即使在浅水中也不会产生大量 TMAO。在那种环境中，更多的 TMAO 理论上将有助于降低它们为保持水分而付出的成本，这是由于其身体与海水渗透浓度相比存在 750 mOsmol/kg 的差异。一定还有其他需要付出的代价大于这种好处。事实上，关于 8,400 米以下没有鱼类的另一种假设是，TMAO 在抵消该深度以下压力所需的浓度下会变得太有毒。
这些破坏性影响可能是造成这个深海鱼故事最终转折的原因。您可能模糊地认识到 TMAO 这个名字，它是三甲胺N-氧化物的缩写。正是这种化学物质 在 2013 年因被怀疑损害食用红肉的人的心血管健康而成为头条新闻，因为它是由习惯性食肉动物的肠道细菌大量产生的。令人惊叹的是，生物学（和化学）的另一个奇迹是，同一种可能使牛排爱好者过早死亡的分子也使凝胶状、空灵的鱼类能够在我们星球最深、最黑暗、最恶劣的角落茁壮成长。
参考文献
Yancey P.H.、M.E. Gerringer、J. C. Drazen、A. A. Rowden 和 A. Jamieson (2014)。海洋鱼类可能在生物化学上受到限制，无法栖息在最深的海洋深度，《美国国家科学院院刊》，111 (12) 4461-4465。DOI：http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1322003111