魚類生存之道|以不變應(yīng)萬變的肺魚（上）（原創(chuàng) 高尚）

在非洲，有些土墻會自己塌。原因你可能想不到：因為墻里面住了一條魚。

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

直到雨季來臨，雨水浸透土墻。墻里的肺魚感知到濕度變化，蘇醒過來。它開始掙扎，想要脫身。最后，它撞開“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，就是肺魚。

別的動物都是為了避寒而冬眠，它卻反其道而行之，為抗旱而“夏眠”。

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“夏眠”的機制

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，肺魚有肺。但它的肺和哺乳動物的不完全一樣。準(zhǔn)確地說，肺魚的肺是特化了的魚鰾，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)，肺魚肺部的細(xì)胞類型和基本功能，已經(jīng)和高等哺乳動物的非常相似。

非洲肺魚（Protopterus annectens）

Public Domain

為了應(yīng)對旱季，它會鉆進泥里，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，僅在前端留幾個微小的呼吸孔。肺魚身體盤曲，吻部對準(zhǔn)呼吸孔，開始“夏眠”。

呼吸切換：進入泥繭后，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），呼吸完全依靠那個蜂窩狀的肺。通過泥繭上留出的小孔，進行極其緩慢的氣體交換。

開啟節(jié)能模式：“夏眠”時，他們的新陳代謝率會降低至正常水平的約1/60。心跳和耗氧量變低，同時啟動內(nèi)部能量循環(huán)，極其緩慢地分解自身儲備的脂肪，生命活動似乎進入“待機狀態(tài)”。

器官的功能重塑：更有趣的是，為了完全依賴肺呼吸，“夏眠”時還會觸發(fā)肺部的功能升級。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)皮生長因子A）構(gòu)成的關(guān)鍵信號通路在“夏眠”期間活性增強，這能促使肺部生長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“夏眠”，肺魚在缺水、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的生存壓力。此外，相比普通魚類被動應(yīng)對環(huán)境變化，肺魚通過 “主動休眠” 主動規(guī)避生存危機，大幅降低了環(huán)境波動帶來的死亡風(fēng)險。因此，肺魚是淡水魚類中壽命較長的類群之一，野生個體壽命通常在 50～100 年。

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它是我們的“表親”

除了會“睡覺”，肺魚的運動方式也很特別。它的魚鰭和普通的魚不一樣。現(xiàn)存的幾種肺魚中，澳大利亞肺魚的鰭最為特別：里面有一套簡單的骨骼結(jié)構(gòu)，肌肉也發(fā)達。這讓它能夠用這對肉質(zhì)鰭，在河底支撐和移動身體，看起來有點像在“走路”。當(dāng)然，非洲肺魚和美洲肺魚的鰭已經(jīng)退化了不少，更像絲帶，不具備這種強支撐能力。

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

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

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

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

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巨大的“遺傳包袱”

有意思的是，肺魚的這種保守和忍耐，似乎也刻在了它的基因里。最新的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，美洲肺魚擁有動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)，或許在漫長的演化中為它應(yīng)對極端環(huán)境提供了更多的緩沖空間和演化潛力。不過這一推論目前仍處于假說階段，尚無直接實驗證據(jù)證實二者的因果關(guān)系。從這個角度看，這巨大的基因組或許正是它“以不變應(yīng)萬變”的終極底氣。

所以你看，演化并沒有預(yù)設(shè)的方向，成功不一定意味著更快、更強，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

[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.

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[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.

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