肺鱼:离水生存比赛的佼佼者

2024-04-28 11:31马睿棋
科学大众·小诺贝尔 2024年5期
关键词:肺鱼睡大觉内含子

马睿棋

我们都知道,哺乳动物用肺呼吸,鱼类用鳃呼吸。但是,凡事总有例外。其实,一些鱼类还会利用皮肤、肠管、鳃上器官以及气囊进行辅助呼吸,可谓“八仙吸氧,各显神通”。鱼儿掌握了这些辅助呼吸的本领,就可以打破离不开水的魔咒,离开水后照样能存活一段时间,比如肺鱼。

肺鱼是怎么活下来的呢?我们一起去南半球看看吧!

在泥土里睡大觉

在南美洲、非洲和大洋洲的淡水沼泽和溪流中,要是你仔细寻找,很有可能会发现正在泥土里睡大觉的肺鱼。

我曾经看过一个短视频,视频中,一些人兴高采烈地在干旱的土地里挖泥找鱼。这样的“缘木求鱼”竟然如愿以偿地找鱼得鱼。这些人挖到的,便是肺鱼。

肺鱼为什么要在泥土里睡大觉?首先是没有办法。北半球的气候通常四季分明,而在南半球的很多地方则有明显的旱季和雨季。那里的很多土地,在雨季时是水塘、河流、湖泊,旱季来临时则变成干涸的泥土。在这样的自然环境里,生而为鱼是有很大风险的。雨季时的快乐家园,在旱季时极大概率会变成不毛之地。

如果你是鱼,你会怎么办?可选的方案不多。要么缩短自己的生命周期,像昆虫那样,雨季时生存繁殖,然后把卵藏在淤泥及泥土里,等待下一次雨季来临,下一代自己孵化长大。这样做,没有一条成年鱼能活着度过旱季;要么就像熊在冬天冬眠一样,在旱季选择夏眠,在泥土里睡一大觉,直到天降甘霖。

肺鱼的夏眠至少要延续半年的时光。这么长的时间,会发生多少意外威胁到肺鱼的生命呢?因此,每一条珍惜生命的肺鱼都会未雨绸缪,在夏眠之前认真地做好各项准备工作。

在栖身的水环境干涸之前,肺鱼就早早开始在水底挖洞。钻进洞后,肺鱼的皮肤会分泌黏液,像涂抹护肤乳一样把自己包裹起来。随着环境变得干燥,黏液也变得干燥,最后就像一层面膜一样,将肺鱼的身体与外界隔离开来。这样,肺鱼才不会干成木乃伊。之后,肺鱼会让身体处于比较舒适的姿势。在嘴巴处将黏液膜撕开,作为呼吸孔,就开始了漫长的夏眠,不吃、不喝、不排泄,把新陈代谢降到最低。肺鱼的一次夏眠最长可达5 年,连续5 年的大旱都奈何不了肺鱼。

在正常年份中,半年后的雨季来临,肺鱼便活蹦乱跳地苏醒过来,演绎了什么叫作如鱼得水。它们急急忙忙地投身水中,忙吃忙喝,还忙着交配、产卵。雌鱼把卵产在淤泥里,雄鱼则在一旁耐心看护。

拥有庞大的基因组

为什么肺鱼能夏眠这么久?这得从肺鱼的祖上说起。

肺鱼早在4.05 亿年前到3.5 亿年前的泥盆纪就存在了。现在发现的泥盆纪肺鱼化石记录和现代肺鱼在形态上几乎没有差别。肺鱼堪称“活化石”。

科学家通过分析肺鱼的基因组寻找到答案。在动物界,肺鱼的基因组是最大的,并且仍在继续扩张。肺鱼的基因组之所以如此大,是因为肺鱼的基因之间有着巨大的间隔区域,这些间隔区域中有很多高度重复的内含子。内含子就是插在基因之内或者基因之间的DNA序列。它们和基因不一样,不会直接导致生物体遗传性状的生成。

这个特点和包括两栖动物、爬行动物以及哺乳动物在内的陆生动物太相似了,反而和鱼类不大相似。特别是肺鱼的肉鳍,不仅在形态上和陆生动物的四肢很像,甚至还有一些特定的基因和陆生动物的四肢基因很相似。肺鱼的基因组中与呼吸相关的基因进化速率和重复度都比鱼类高得多,类似陆生动物。肺鱼甚至还专门进化出了能检测空气中气味的气味受体基因家族……

凡此种种,似乎预示着肺鱼是研究脊椎动物从海洋到陆地这一进化过程中的重要物证。

泥盆纪号称是鱼类的时代。这一时期,鱼类飞速发展,繁荣昌盛。一些鱼类熟练地用鳃呼吸,继而发展成各种各样的现代鱼类。肺鱼的一些近亲则用鱼鳔呼吸,继而发展出原始的肺,为这些鱼类登上陆地、进化成两栖动物打下了基础。之后,这些原始的两栖动物继續进化成爬行动物、鸟类和哺乳动物。而肺鱼则在爬上陆地后,墨守成规了数亿年,至今保留着其古老的样貌和生活方式,成为科学家揭开海洋动物“登陆”历程的一把钥匙。

(责任编辑:陆艳)

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