魚類也“熱血”？

在人們通常的印象中，魚類和“溫血”兩字是不會有什么關聯的。這也難怪，我們平時觸摸魚類的身軀，感到的絕不是貓狗那樣的“熱乎乎”，而是和周圍的水一樣冰涼。并且，我們所學習的自然科學課程中，也將魚類，以及兩棲類和爬行類動物這類摸起來“冰冰涼”的動物稱為“冷血動物”，而只有鳥類和哺乳類，才是摸起來“熱乎乎”的“溫血動物”。

然而，大自然又一次證明，這種截然的劃分是一種愚蠢的行為。就在幾天前，科學家們在頂級科學期刊《科學》上報道，他們發現了一種神奇的魚類——月魚。它也能將自己的體溫保持在高于水溫的水平，從而讓自己以魚類之身躋身于“溫血”的行列之中。

溫血、恒溫和生存

事實上，我們平時所說的“冷血動物”和“溫血動物”，更為科學的表述應該是“變溫動物”和“恒溫動物”。

所謂變溫動物，是指那些不能自主維持一定體溫，而只能讓體溫隨著外界環境溫度變化而變化的動物。例如各種常見的魚、蛙類、龜和蜥蜴等，它們并不能大量的產熱，使得不能依靠自身產生足夠的支持活動的熱量，因此，各種兩爬類在活動時需要從外界獲取熱量--這就是蛇、蜥蜴、龜等喜歡“曬太陽”的緣故。同時，它們也無法維持自己的體溫，因此體溫和外界溫度是接近的--這就是為何我們觸摸起來覺得涼的原因。而對于我們人類，以及絕大多數哺乳動物和鳥類來說，可以將體溫維持在某一恒定的溫度，并不因外界環境溫度的變化而變化。

恒溫能給動物帶來諸多的好處。例如高于環境的體溫能夠加快體內代謝水平，提高神經系統對刺激的敏感性和持久性，增加肌肉的靈活性和收縮力度等等。更為重要的是，恒溫讓動物能夠更加適應多變的環境，從而擴大自己覓食、繁殖的范圍。這就是為何在中生代之后恒溫動物能夠成為地球主宰的原因之一。

當然，一些變溫動物也能通過一些手段來暫時性的獲得較高的體溫。例如在某些鯊魚和金槍魚體內，由于快速游動的需要，它們會利用特殊產熱肌群產生熱量，并通過復雜的血液循環通路維持熱量保持在這些肌肉中，從而獲得較高的運動能力、一些蟒也能在產卵時依靠肌肉的不斷收縮來維持較高體溫，以利于產卵；而一種高山蜥蜴也能通過太陽光，在氣溫接近零度時將體溫升高到近30℃。然而，這些加溫過程都是暫時的，或是局部的。到目前為止，僅有月魚，被發現具有真正稱得上“恒溫”的體溫維持能力。

恒溫的魚

月魚（Lampris guttatus）屬于月魚目、月魚科、月魚屬，是一種大型的半深海魚類。它的身軀圓而側扁，銀色的體表上附著著點點白斑，遠遠看去好似一輪滿月，使得人們以月亮為它命名。

月魚最為引人注目的，就是它那些大而長、顏色鮮紅的魚鰭。而它的胸鰭則尤為發達。驅動這對胸鰭的，是埋藏在厚厚隔熱脂肪層下的胸肌，這正是月魚身體熱量的“發動機”。月魚的胸肌極為發達，占據了體重很大比例，并且不同于我們通常看到的魚類白色的肌肉，月魚的胸肌因為富含血紅蛋白而呈現紅色。它能進行有氧代謝，從而產生大量的熱。月魚依靠胸肌揮動胸鰭在海中游泳，同時產生的大量的熱就被血液源源不斷的輸送到身體各處。根據科學家在月魚體內放置的溫度感受器測量，月魚的體溫可以恒定的維持在14℃左右。

當然，高效的產熱機制只是月魚能夠維持恒溫的能力之一。對于月魚而言，它還要面臨的一大挑戰是如何對抗鰓部的熱量散失。這是因為，作為魚類月魚需要通過鰓和海水進行氣體交換，而在鰓進行氣體交換的鰓絲部位，血管和海水間只隔有薄薄的幾層細胞，加上鰓絲極大的表面積，如果不采取措施，會使鰓成為一個巨大的“散熱器”，讓熱量白白喪失在冰冷的海水中。為此，月魚演化出了一套名為“逆流熱交換”的血液循環系統。簡單來說，就是流入鰓的血管和流出鰓的血管彼此平行交錯排列，而二者內部血液的方向是相反的。這樣，溫暖但少氧的入鰓血，將熱量傳遞給了低溫但多氧的出鰓血，使得入鰓血溫度下降、出鰓血溫度上升。因此，鰓的溫度下降，減少了和海水的溫差，減少了熱量喪失，而出鰓血帶著交換而來的熱量進入身體內部，將氧氣和熱量提供給了魚體，從而維持了體溫。

在這“開源”和“節流”的雙重功能之下，使得月魚能夠維持比海水溫度高4~5℃的體溫，這使得月魚能夠長時間的潛入百余米深的海水躍溫層下部，去追逐豐富的餌料，甚至進入更深但更冷的海水中游弋。這比起那些雖然局部具有較高溫度，但仍需不斷進入表層暖水補充熱量的魚類而言，無疑具有更大的生存優勢。

逆流交換和仿生學

逆流熱交換，從本質上來說，就是利用輸入端和輸出端具有較大的溫差而具有較高熱交換率，來充分進行熱交換的過程。對于人類來說，“逆流熱交換”是工程和生活中應用廣泛的熱交換系統。幾乎所有的熱交換器，都會多少使用到“逆流熱交換”的原理。然而，演化的神奇力量，讓“逆流熱交換”這一裝置不僅出現在月魚體內，還在多次在其他生物體中出現。例如在極地生活的鳥類如企鵝等的腳中，就有由靜脈網包裹動脈形成的逆流熱交換系統，同樣能夠減少熱量從腳部的散失，同時還能減小寒冷對動脈的損傷。

除了熱量可以逆流交換，物質也可以逆流交換，因為和熱量一樣，在物質濃度差較大的部位，物質擴散的速率更快。例如在魚鰓中，水流方向就和鰓小葉中的血流方向相反，這樣可以極大提高氧氣從水中向鰓中的擴散，使得魚類能從水中攝取高達85%的溶氧，是不經過逆流交換的5倍以上。而在包括人類在內的哺乳動物腎臟中，腎小管也是通過逆流交換機制，從原尿中重吸收各種離子。目前，這種物質的逆流交換裝置，已經成為了仿生學重要的模仿對象，在物質分離純化、污染物回收等方面有著重要的應用價值。

因此，對于恒溫的月魚，我們不僅要感嘆這是演化上的一大奇跡，更要探索它背后所蘊藏的科學原理。而這些知識，也必將更加豐富人類的智慧和生活。