本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
在某個深度，即使是魚類也難以在巨大的壓力下生存。但這種深度僅在地球上少數低於水下 27,600 英尺的地方才能找到，那裡的水壓會扭曲魚類蛋白質並壓碎細胞。馬裡亞納海溝就是這樣一個地方，它在挑戰者深淵處驟降至 36,200 英尺。那裡的壓力超過 1,000 個大氣壓。
幾年前，我寫了一篇關於詹姆斯·卡梅隆的團隊在他作為 深海挑戰探險 的一部分訪問海溝底部時的發現的文章。但現在科學家們不僅訪問了海溝底部，還在去年年底將著陸器降落在海溝壁上五個不同的深度。
透過深入海底——但並非完全到達底部——他們取得了一些非常驚人的發現，包括一種新的“世界最深魚類”頭銜的保持者。這條魚在 26,872 英尺處被發現，仍然在 專案科學家保羅·延西計算的 理論極限區域內被發現。這一發現於 12 月中旬在 新聞界廣泛報道，但經常伴隨這些報道的新深度頭銜保持者的鏡頭效果不佳。下面是一個更好的影片。這是一種奇特的魚，似乎以某種方式結合了紙巾天使、迪士尼電影《小美人魚》中的 小比目魚 和 可怕的克蘇魯 的美學。
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我應該強調，看起來像觸鬚的東西與章魚和魷魚所擁有的觸鬚結構不同，我甚至不確定它們是如何附著在這條魚上的。它們是口部區域的突出物嗎？還是那些透明鰭的一部分？他們初步將其鑑定為 獅子魚。美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 捕獲的不同獅子魚物種的這張照片似乎表明，“觸鬚”與鰭有關。（更新 1/12/15：科羅拉多大學醫學院研究海魴神經系統的教授托馬斯·芬格給我發了一封電子郵件，說“[T]這條魚上的所謂觸鬚似乎是胸鰭的改良鰭條，類似於海魴（Prionotus）上的改良鰭條。海魴的鰭條專門用於化學探測，魚類利用這些鰭條來尋找埋在沙子中的無脊椎動物。”有趣的是，為海魴——以及可能是獅子魚——的化學感應鰭條提供服務的神經直接從脊髓分支出來，幷包含一種間歇性地遍佈魚類皮膚的簡單化學感應細胞。這與鯰魚、鬍鬚鱈魚和鱈魚的觸鬚形成對比，後者的觸鬚是由為舌頭提供服務的相同神經發展而來，幷包含真正的味蕾。您可以在 此處 看到一張漂亮的海魴胸鰭鰭條的照片。]
David Csepp，NMFS/AKFSC/ABL 拍攝的“純淨獅子魚” - http://www.photolib.noaa.gov/htmls/fish4042.htm。根據公共領域許可透過 維基共享資源 獲得許可。
不幸的是，我們沒有新的名字刻在深海魚獎盃上，因為這條魚只是被攝像機觀察到，而不是被潛水器或遙控潛水器 (ROV) 捕獲。在生物學界，如果您沒有新的標本來描述，您就沒有新的物種。沒有做好準備並非有意為之；ROV Nereus 最初計劃隨本次探險隊同行，但可能 於去年 5 月在紐西蘭以北的克馬德克海溝內爆。替代品已經在建設中。
這條魚的新影像是由美國國家科學基金會資助的 Hadal 生態系統研究探險 (HADES) 在研究船法爾科號上拍攝的，令我高興的是，它的名字與《永無止境的故事》中的幸運龍法爾科同名（我認為，當一個人從事科學探索時，這是一個恰當的精神寄託）。該專案將其五個著陸器派遣到 5000 米至 10,600 米（16,400 英尺至 34,750 英尺）的深度。正如聯合首席科學家傑夫·德拉岑所說，僅僅研究海溝底部的東西就像僅僅透過檢查山頂的東西來研究一座山一樣。很有道理。
這種魚承受巨大壓力的驚人能力歸功於其產生大量化學物質 TMAO。
這種分子調節細胞的滲透平衡，但也充當“化學伴侶”，支援蛋白質的正確摺疊，並防止高壓下的水強行進入蛋白質並使其形狀變形，這對其功能至關重要。科學家們發現，硬骨魚生活的深度越深，它產生的 TMAO 就越多（有趣的是，TMAO 會降解為三甲胺 (TMA)，這是造成老化海鮮“魚腥味”的主要化學物質）。
海洋魚類相對於其環境而言是 低滲的；也就是說，海洋是鹹的，而魚類內部的鹽分較少。在這種情況下，滲透（還記得高中生物嗎？）的力量將傾向於導致水從它們的身體滲出並進入海洋，從而產生致命的脫水。為了對抗這種影響，進化賦予了魚類許多系統來對抗水的逸出。但這些系統中的每一個都基於海洋比魚更鹹的前提。
TMAO 除了可以防止壓力增加外，還是一種溶質，可以提高魚類內部的滲透濃度。根據延西的說法，據信沒有魚類能夠生活在約 8,400 米（27,600 英尺）以下的深度，原因是該壓力是魚變得與海水一樣鹹的壓力，可以這麼說（TMAO 實際上不是鹽，而是一種溶質，鹽是其中的一種。溶質是滲透作用的關鍵）。如果 TMAO 濃度進一步升高，魚類將變得高滲。
為了讓魚遊得更深，它實際上必須逆轉其滲透濃度調節系統，從試圖阻止水流出，到試圖將其推出門外。這並非聞所未聞；鮭魚每次從淡水游到鹹水或反之亦然時都會這樣做。但它們必須在邊界處暫停並等待數小時或數天，讓它們的鰓和腎臟變形。延西認為，任何深海魚都不太可能游到某個深度，停留數小時或數天讓它們的身體重新配置，然後再遊得更低。
深海硬骨魚可能發現這特別困難的原因可能與其進化歷史有關。化石和硬骨魚的生物學強烈表明，它們都起源於淡水，後來又重新入侵海洋。在淡水中，它們體內的溶質濃度遠高於淡水中的溶質濃度，它們進化出腎臟中稱為 腎小球 的結構（你也有這些結構）來應對這種不平衡。它們似乎也降低了身體的滲透濃度，使其遠低於海水，可能是為了節省滲透濃度調節成本。
但是，當硬骨魚重新入侵海洋時，那裡的水鹽度再次遠高於它們體內時，它們從未將滲透濃度恢復到更高的水平；如今，大多數淺水硬骨魚的內部滲透濃度約為 350 mOsmol/kg，而海水為 1,100 mOsmol/kg。它們在淡水中使用的腎小球等結構被關閉，因為它們現在毫無用處。在許多譜系中——特別是自那以後從未重新入侵陸地的深海魚類——它們已經完全消失了。因此，深海魚類與淡水的短暫接觸降低了它們的身體滲透濃度，並使它們成為滲透濃度的積極調節者，但它們退回到海洋並繼續在那裡停留，剝奪了它們在深海環境中生存所需的結構，在那裡——具有諷刺意味的是——它們將像很久以前在陸地上的淡水中那樣生活：相對於其環境而言是高滲的。
現在，要麼是進化飛躍太遠而無法重新啟用它們的腎小球，要麼是對於能夠遊得更深的魚類的選擇壓力不足以有利於必要適應性的重新進化。或者，也許魚類還沒有足夠的時間來進化它。有趣的是，只有兩個科的硬骨魚曾被發現在約 6,000 米（20,000 英尺）以下：鼬䲁科和獅子魚科。強有力的證據表明，白堊紀期間海水氧氣濃度大幅下降（令人難以置信的是，自從魚類在 4 億年前進化以來，已經發生了六次）導致了深海魚類的大規模死亡。當大西洋在 9400 萬年前開放時，它再次允許了使深水重新充氧的迴圈模式，但硬骨魚似乎重新徵服該領域的速度很慢。
我還應該注意到，TMAO 並非沒有缺點。實際上，在沒有高壓等破壞穩定力量的情況下，它會損害蛋白質功能，因為它會過度穩定蛋白質並阻止它們發揮作用，因此魚類必須能夠在它們在水柱中上升時減少產量。TMAO 的有害影響可能解釋了為什麼魚類即使在淺水中也不會產生大量 TMAO。在那種環境中，更多的 TMAO 理論上將有助於降低它們為保持水分而付出的成本，這是由於其身體與海水滲透濃度相比存在 750 mOsmol/kg 的差異。一定還有其他需要付出的代價大於這種好處。事實上，關於 8,400 米以下沒有魚類的另一種假設是，TMAO 在抵消該深度以下壓力所需的濃度下會變得太有毒。
這些破壞性影響可能是造成這個深海魚故事最終轉折的原因。您可能模糊地認識到 TMAO 這個名字，它是三甲胺N-氧化物的縮寫。正是這種化學物質 在 2013 年因被懷疑損害食用紅肉的人的心血管健康而成為頭條新聞，因為它是由習慣性食肉動物的腸道細菌大量產生的。令人驚歎的是，生物學（和化學）的另一個奇蹟是，同一種可能使牛排愛好者過早死亡的分子也使凝膠狀、空靈的魚類能夠在我們星球最深、最黑暗、最惡劣的角落茁壯成長。
參考文獻
Yancey P.H.、M.E. Gerringer、J. C. Drazen、A. A. Rowden 和 A. Jamieson (2014)。海洋魚類可能在生物化學上受到限制，無法棲息在最深的海洋深度，《美國國家科學院院刊》，111 (12) 4461-4465。DOI：http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1322003111