作者:李惠钰 来源:中国科学报 发布时间:2023/5/14 15:51:41
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双髻鲨是第一个发现会“屏住呼吸”的鱼

 

 

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夏威夷附近的海面上,一条张开嘴和鳃的幼年双髻鲨。

图片来源:Biosphoto/Alamy

众所周知,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进行狩猎。然而它们面临的挑战是,如何在周围水温仅高于冰点几度的情况下保持体温,从而使新陈代谢足够活跃,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中捕猎时,“闭上鳃”可以避免体温下降。

“对于任何鱼类来说,热量损失最快的地方总是在鳃处。”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,鳃“本质上就像绑在头上的巨大散热器”。

一些鱼类,如鲸鲨,巨大的体型能够使其在潜水时保存体温。其他鱼类,如金枪鱼、马林鱼及包括大白鲨和灰鲭鲨在内的鲨鱼家族,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和同事开发了一种装置,该装置由测量深度、水温、位置和运动的仪器组成,以及嵌入背鳍附近肌肉的探针,用来记录鲨鱼的核心温度。该装置被设计成在几周后断裂,漂浮到水面并发出信号。

在夏威夷海岸捕获的三条双髻鲨被贴上了这种装置的标签。

在《科学》杂志上发表的一篇论文中,研究小组报告说,鲨鱼会在温度为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5-7分钟,然后再浮出水面。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,有效地“屏住呼吸”,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。”

西澳大利亚大学海洋研究所的鱼类生态学家Mark Meekan说,以这种方式停止氧气摄入表明,双髻鲨必须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。

“他们所做的可能是减缓心肌的运动,从而减缓血液在全身的流动。”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。

到目前为止,双髻鲨虽然是第一种被发现有“屏住呼吸”这种能力的鱼,但澳大利亚汤斯维尔詹姆斯·库克大学的海洋生物学家Simpfendorfer说,其他鲨鱼和鱼类可能也有同样的适应能力。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/d41586-023-01569-x

 
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