许多鱼类和海洋哺乳动物会从温暖的水面潜入更深的水域捕食,但周围的水温仅比冰点高几摄氏度,因此它们不得不面对低温的挑战。它们需要保证新陈代谢足够活跃,以便狩猎。
在寒冷的海洋深处,要想做一个“温暖的猎人”,停止吸氧从而保存热量不失为一种好办法。双髻鲨就进化出一种独特的能力,当它们潜入寒冷的深水捕猎时,“闭上鳃”可以避免体温下降。
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“对于任何鱼类来说,热量损失最快的地方是鳃。”美国夏威夷大学海洋生物研究所鲨鱼生理和行为博士后研究员Mark Royer说,由于大量温暖的血液流经鳃,这里“本质上就像绑在头上的巨大散热器”。
一些鱼类,如鲸鲨,巨大的体形使其能够在潜水时保存体温。其他鱼类,如金枪鱼、马林鱼及大白鲨和灰鲭鲨等,在鳃处进化出了专门的热交换系统,以避免身体流失过多热量。
双髻鲨既没有这些身体优势,也没有这些适应能力,但人们发现它们在海面下800米左右的深度会快速、反复地潜水。
为了了解鲨鱼是如何应对温度变化的,Royer和同事开发了一种由测量深度、水温、位置和运动的仪器组成的装置,以及嵌入背鳍附近肌肉的探针,用来记录鲨鱼的核心温度。该装置在几周后会断裂,并漂浮到水面上发出信号。
在夏威夷海岸捕获的3条双髻鲨被嵌入了这种装置。
在《科学》5月11日发表的论文中,研究小组报告说,双髻鲨会在温度为5至11摄氏度的深水中潜水几次,其中一条鲨鱼每晚会在比水面低20摄氏度左右的深水中潜水6次,每次停留5至7分钟,然后浮出水面。在鲨鱼潜水的大部分时间里,体温都保持不变。
Royer认为,鲨鱼在潜水过程中不张开鳃或嘴,即有效地“憋气”,是为了保持核心温度稳定。“如果鳃上没有水,就不会排放身体的热量。”Royer说,“当靠近水面时,它们可以放慢速度,张开鳃,重新开始呼吸,因为这里不像海底那么冷。”
澳大利亚西澳大利亚大学海洋研究所鱼类生态学家Mark Meekan说,以这种方式停止氧气摄入,表明双髻鲨能够应对潜水时血氧水平的急剧下降,尽管其机制尚未被发现。
“它们所做的可能是减缓心肌运动,从而放慢血液在全身的流动。”Meekan说,鲨鱼的组织和血液可能已经进化到每单位体积能够容纳更多的氧气,类似于生活在高海拔地区的人的适应能力。
目前,双髻鲨虽然是第一种被发现有“憋气”能力的鱼,但詹姆斯·库克大学海洋生物学家Simpfendorfer说,其他鲨鱼或鱼类可能也有同样的适应能力。(李木子)
相关论文信息:
https://doi.org/10.1126/science.add4445
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