魚(yú)類生存之道|以不變應(yīng)萬(wàn)變的肺魚(yú)（上）（原創(chuàng) 高尚）

在非洲，有些土墻會(huì)自己塌。原因你可能想不到：因?yàn)閴锩孀×艘粭l魚(yú)。

旱季時(shí)，當(dāng)?shù)鼐用裼酶珊院哟驳哪嗤疗鰤ΑＳ袝r(shí)，一塊藏著肺魚(yú)的泥巴就被糊了進(jìn)去。整個(gè)旱季，魚(yú)在墻里睡大覺(jué)，人在屋里生活勞作，互不知悉、互不打擾。

直到雨季來(lái)臨，雨水浸透土墻。墻里的肺魚(yú)感知到濕度變化，蘇醒過(guò)來(lái)。它開(kāi)始掙扎，想要脫身。最后，它撞開(kāi)“泥繭”，破墻而出。半面墻，就這么嘩啦啦地倒了。

這條能把墻弄塌的魚(yú)，就是肺魚(yú)。

別的動(dòng)物都是為了避寒而冬眠，它卻反其道而行之，為抗旱而“夏眠”。

1

“夏眠”的機(jī)制

那么，它究竟是怎么做到“夏眠”的呢？

首先，它有兩套呼吸系統(tǒng)。就像它的名字一樣，肺魚(yú)有肺。但它的肺和哺乳動(dòng)物的不完全一樣。準(zhǔn)確地說(shuō)，肺魚(yú)的肺是特化了的魚(yú)鰾，里面像蜂窩一樣布滿血管，能直接呼吸空氣。最新的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，肺魚(yú)肺部的細(xì)胞類型和基本功能，已經(jīng)和高等哺乳動(dòng)物的非常相似。

非洲肺魚(yú)（Protopterus annectens）

Public Domain

為了應(yīng)對(duì)旱季，它會(huì)鉆進(jìn)泥里，分泌大量黏液。黏液與周圍泥沙混合，干燥后形成防水“泥繭”，裹住肺魚(yú)的身體，以隔絕干燥、高溫與病原體，鎖住體內(nèi)水分，僅在前端留幾個(gè)微小的呼吸孔。肺魚(yú)身體盤(pán)曲，吻部對(duì)準(zhǔn)呼吸孔，開(kāi)始“夏眠”。

呼吸切換：進(jìn)入泥繭后，它的鰓基本停止工作（鰓部氣體交換功能大幅弱化，但保留極微弱的離子交換功能以維持體內(nèi)電解質(zhì)平衡），呼吸完全依靠那個(gè)蜂窩狀的肺。通過(guò)泥繭上留出的小孔，進(jìn)行極其緩慢的氣體交換。

開(kāi)啟節(jié)能模式：“夏眠”時(shí)，他們的新陳代謝率會(huì)降低至正常水平的約1/60。心跳和耗氧量變低，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部能量循環(huán)，極其緩慢地分解自身儲(chǔ)備的脂肪，生命活動(dòng)似乎進(jìn)入“待機(jī)狀態(tài)”。

器官的功能重塑：更有趣的是，為了完全依賴肺呼吸，“夏眠”時(shí)還會(huì)觸發(fā)肺部的功能升級(jí)。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，由NRP1（神經(jīng)纖毛蛋白1）與VEGFA（血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A）構(gòu)成的關(guān)鍵信號(hào)通路在“夏眠”期間活性增強(qiáng)，這能促使肺部生長(zhǎng)出更密集的微血管網(wǎng)絡(luò)，從而大幅提升肺部的氣體交換效率。

通過(guò)“夏眠”，肺魚(yú)在缺水、缺食的環(huán)境中可存活數(shù)月至數(shù)年，減少了能量消耗帶來(lái)的生存壓力。此外，相比普通魚(yú)類被動(dòng)應(yīng)對(duì)環(huán)境變化，肺魚(yú)通過(guò) “主動(dòng)休眠” 主動(dòng)規(guī)避生存危機(jī)，大幅降低了環(huán)境波動(dòng)帶來(lái)的死亡風(fēng)險(xiǎn)。因此，肺魚(yú)是淡水魚(yú)類中壽命較長(zhǎng)的類群之一，野生個(gè)體壽命通常在 50～100 年。

2

它是我們的“表親”

除了會(huì)“睡覺(jué)”，肺魚(yú)的運(yùn)動(dòng)方式也很特別。它的魚(yú)鰭和普通的魚(yú)不一樣。現(xiàn)存的幾種肺魚(yú)中，澳大利亞肺魚(yú)的鰭最為特別：里面有一套簡(jiǎn)單的骨骼結(jié)構(gòu)，肌肉也發(fā)達(dá)。這讓它能夠用這對(duì)肉質(zhì)鰭，在河底支撐和移動(dòng)身體，看起來(lái)有點(diǎn)像在“走路”。當(dāng)然，非洲肺魚(yú)和美洲肺魚(yú)的鰭已經(jīng)退化了不少，更像絲帶，不具備這種強(qiáng)支撐能力。

有肺、有四肢雛形，這些過(guò)渡特征讓科學(xué)家對(duì)它們極為關(guān)注，我們知道，哺乳動(dòng)物的祖先是從魚(yú)演化來(lái)的，那魚(yú)類爬上岸的關(guān)鍵，不就是離水呼吸和爬行嗎？

通過(guò)基因?qū)Ρ妊芯浚F(xiàn)在科學(xué)界已經(jīng)確認(rèn)：肺魚(yú)是所有現(xiàn)存魚(yú)類中，與包括人類在內(nèi)的四足動(dòng)物親緣關(guān)系最近的“表親”。

請(qǐng)注意，是“表親”，而不是直系祖先。我們的共同祖先是肉鰭魚(yú)綱總鰭魚(yú)亞綱的一種古老原始類群。大約在4億年前，我們的祖先和肺魚(yú)分道揚(yáng)鑣，一支是激進(jìn)派，成功登陸，演化出陸地脊椎動(dòng)物；另一支則是保守派，蟄伏水下，成了今天的肺魚(yú)。

所以，肺魚(yú)就是一個(gè)活生生的參照物，讓我們看到自己的祖先在登陸前，可能的樣子。

3

巨大的“遺傳包袱”

有意思的是，肺魚(yú)的這種保守和忍耐，似乎也刻在了它的基因里。最新的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，美洲肺魚(yú)擁有動(dòng)物界里已知最大的基因組，其基因組大小約為91 Gb，是人類基因組的約30倍。更特別的是，其中約90%的序列是不斷重復(fù)的、不直接編碼蛋白質(zhì)的冗余部分，主要是能自我復(fù)制的轉(zhuǎn)座子。

為什么維持這么龐大的“遺傳包袱”？一種科學(xué)的推論是，這種看似低效的基因組結(jié)構(gòu)，或許在漫長(zhǎng)的演化中為它應(yīng)對(duì)極端環(huán)境提供了更多的緩沖空間和演化潛力。不過(guò)這一推論目前仍處于假說(shuō)階段，尚無(wú)直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)證實(shí)二者的因果關(guān)系。從這個(gè)角度看，這巨大的基因組或許正是它“以不變應(yīng)萬(wàn)變”的終極底氣。

所以你看，演化并沒(méi)有預(yù)設(shè)的方向，成功不一定意味著更快、更強(qiáng)，找到屬于自己的生態(tài)位，慢和忍耐同樣是一種了不起的生存智慧??????

參考文獻(xiàn)

[1]Zhang R H, Liu Q, Pan S S, et al. A single-cell atlas of West African lungfish respiratory system reveals evolutionary adaptations to terrestrialization[J].Nat Commun. 2023;14(1):5630.

[2]Wang K, Wang J, Zhu C L, et al. African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition[J]. Cell. 2021;184(5):1362-1376.

[3]Schartl M, Woltering J.M, Irisarri I,et al. The genomes of all lungfish inform on genome expansion and tetrapod evolution[J]. Nature, 2024,634, 96–103.

文中部分圖片版權(quán)來(lái)源不詳，無(wú)法與著作權(quán)人一一取得聯(lián)系，未能及時(shí)支付稿酬，在此表示由衷的歉意。有關(guān)著作權(quán)人可與我們聯(lián)系。