本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
1928年，一位名叫迪特列夫·鲁斯塔德的生物学家在南极洲布韦岛海岸附近捕获了一条不寻常的鱼。“白色鳄鱼鱼”，鲁斯塔德这样称呼它，有着大眼睛、长长的齿状口鼻和展开在纤细骨针扇上的透明鳍。它没有鳞片，并且异常苍白，有些部位像雪一样白，另一些部位几乎透明。当鲁斯塔德剖开这条鱼时，他发现它的血液也是无色的——没有一丝红色。鳄鱼鱼的鳃看起来也很奇怪：它们柔软而白色，像香草酸奶；相比之下，鳕鱼的鳃像葡萄酒一样深红，浸泡在含氧血液中。
后来，约翰·鲁德和其他研究人员证实，南极冰鱼（它们现在的名称）是唯一既缺乏红细胞又缺乏血红蛋白的脊椎动物——血红蛋白是红细胞用来结合和输送氧气的富含铁的蛋白质，氧气通过循环系统从心脏到肺部再到组织，然后再返回心脏。乍一看，生物学家们认为冰鱼苍白的血液是对南极洲冰冷、富氧水域的非凡适应。也许冰鱼从海洋中通过鳃和超薄的皮肤吸收了如此多的溶解氧，以至于它们可以放弃那些又大又海绵状的红细胞。毕竟，生物学家们推断，血液越稀，在体内循环所需的力气就越小，节省能量总是有利的，尤其是在你试图在极端环境中生存的时候。
然而，最近，一些生物学家提出，血红蛋白的丧失不是一种有益的适应，而是一场不幸的基因事故，带来了不幸的后果。由于冰鱼的血液只能运输普通鱼类血液10%的氧气，冰鱼被迫大幅改变它们的身体以求生存。在这种情况下，尽管存在对大多数鱼类来说是致命的进化错误，但冰鱼的坚韧——以及一点生态上的偶然性——将它们从自身糟糕的血液中拯救出来。随着新证据的出现，科学家们不断修正冰鱼的进化史，但它们的故事肯定是动物王国中最独特和最离奇的故事之一。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和思想的有影响力的故事。
冰鱼生活在环绕南极洲的南大洋中。旋转的洋流基本上将这些水域与世界其他温暖的海洋隔离开来，保持低温：靠近南极半岛（大陆最北端）的温度，夏季约为 1.5 摄氏度，冬季约为 –1.8 摄氏度。南大洋中的许多鱼类，包括冰鱼，都会产生防冻蛋白，以防止当海水温度降至淡水冰点以下时，血液中形成冰晶。十六种南极冰鱼组成了南极鱼科，该科属于较大的南极鳕亚目。在数百种红血南极鳕物种中，只有冰鱼缺乏血红蛋白。南极鳕和冰鱼共同主宰着它们称之为家园的水域，约占南大洋鱼类物种的 35% 和鱼类生物量的 90%。
通过将冰鱼的 DNA 与红血鱼的 DNA 进行比较，东北大学的威廉·德特里希和他的同事们确定了导致血红蛋白丧失的特定基因突变。基本上，冰鱼中组装血红蛋白蛋白所必需的基因之一完全被打乱了。尽管没有其他脊椎动物完全缺乏红细胞，但生物学家们已经观察到红细胞会随着环境的变化而减少。当天气变冷时，鱼类制造出更稀薄、更容易循环的血液是有利的。生活在寒冷水域的鱼类，其血液中红细胞的百分比较低，低于生活在温暖水域的鱼类。温带地区的鱼类在每个冬天都会降低血液中红细胞的百分比，以节省能量。基于这些事实，一些生物学家推测，南极冰鱼进化出非常稀薄的血液，是对南大洋的一种适应。
阿拉斯加大学费尔班克斯分校的克里斯汀·奥布莱恩和她的同事布鲁斯·西德尔（他现在不幸去世了）决定检验这一假设。在一篇题为《当坏事发生在好鱼身上时》的论文中，奥布莱恩和西德尔首先指出，与它们的近亲南极鳕和其他体型相似的鱼类相比，冰鱼拥有更大的心脏和血管。尽管冰鱼将异常稀薄的血液泵入体内，但它们的循环系统处理着巨大的血量。奥布莱恩和西德尔计算出，冰鱼移动所有这些额外的血液所消耗的能量大约是红血南极鳕的两倍。温带地区的鱼类将不超过 5% 的静息代谢率用于心脏，而冰鱼则将高达 22% 的身体可用能量投入到它们巨大的心脏中。* 奥布莱恩和西德尔还表明，冰鱼滋养某些器官的血管比红血鱼更多。如果你剥开普通鱼眼的外层，并用黄色硅橡胶填充血管，你会看到一个整齐分隔的血管网，像南瓜的肋骨一样勾勒出眼睛的轮廓。对冰鱼的眼睛做同样的事情，你会发现一个密密麻麻、乱七八糟的东西，像一盘意大利面。
与近年来其他生物学家一样，奥布莱恩和西德尔将冰鱼的大心脏和毛细血管、高血容量和密集的血管网视为对血红蛋白丧失的补偿。但是，仅仅这些适应可能不足以将冰鱼从灭绝中拯救出来——它们可能也受益于幸运的环境。大约 2500 万年前，环绕南极洲的南大洋——它已经从其他大陆分离出来——开始降温。较冷的水不仅提供了更多的氧气，还杀死了许多没有进化出防冻蛋白或以其他方式适应寒冷的物种，从而创造了一个寒冷的避难所，冰鱼及其亲属从此一直统治着这里。
然而，今天，冰鱼面临着新的威胁：人为造成的气候变化。南大洋正在变暖，可能变得更酸性，营养也更少。奥布莱恩说，研究人员已经表明，成年冰鱼对温度变化的敏感度高于红血鱼——它们无法忍受高温。如果鲁德是对的——“只有在极地地区的寒冷水域中，一种失去色素的鱼才能生存”——那么南大洋正在发生的变化可能成为冰鱼的末日。考虑一下它们故事的这个版本：冰鱼进化出来是为了在地球上最极端的环境之一——零度以下的温度中生存，却因为基因事故而失去了红细胞；尽管遭遇不幸，它们仍然坚持游泳，扩大心脏并生长更多的血管，以便在身体周围获得足够的氧气；现在，人类正在将南大洋变成一个完全不适合冰鱼生存的栖息地，迫使它们再次适应或灭绝。就我个人而言，我仍然抱有希望，即使冰鱼的血液中没有任何血红蛋白，它们的血管中也流淌着大量的韧性。
*心脏能量投入来源：Hemmingsen, E. A. 和 Douglas, E. L. (1977)。无血红蛋白南极鱼的呼吸和循环适应。载于《南极生态系统内的适应》(G. A. Llano 编辑)，第 479-487 页。华盛顿：史密森尼学会。