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1928年，一位名叫迪特列夫·魯斯塔德的生物學家在南極洲布韋島海岸附近捕獲了一條不尋常的魚。“白色鱷魚魚”，魯斯塔德這樣稱呼它，有著大眼睛、長長的齒狀口鼻和展開在纖細骨針扇上的透明鰭。它沒有鱗片，並且異常蒼白，有些部位像雪一樣白，另一些部位幾乎透明。當魯斯塔德剖開這條魚時，他發現它的血液也是無色的——沒有一絲紅色。鱷魚魚的鰓看起來也很奇怪：它們柔軟而白色，像香草酸奶；相比之下，鱈魚的鰓像葡萄酒一樣深紅，浸泡在含氧血液中。
後來，約翰·魯德和其他研究人員證實，南極冰魚（它們現在的名稱）是唯一既缺乏紅細胞又缺乏血紅蛋白的脊椎動物——血紅蛋白是紅細胞用來結合和輸送氧氣的富含鐵的蛋白質，氧氣透過迴圈系統從心臟到肺部再到組織，然後再返回心臟。乍一看，生物學家們認為冰魚蒼白的血液是對南極洲冰冷、富氧水域的非凡適應。也許冰魚從海洋中透過鰓和超薄的皮膚吸收了如此多的溶解氧，以至於它們可以放棄那些又大又海綿狀的紅細胞。畢竟，生物學家們推斷，血液越稀，在體內迴圈所需的力氣就越小，節省能量總是有利的，尤其是在你試圖在極端環境中生存的時候。
然而，最近，一些生物學家提出，血紅蛋白的喪失不是一種有益的適應，而是一場不幸的基因事故，帶來了不幸的後果。由於冰魚的血液只能運輸普通魚類血液10%的氧氣，冰魚被迫大幅改變它們的身體以求生存。在這種情況下，儘管存在對大多數魚類來說是致命的進化錯誤，但冰魚的堅韌——以及一點生態上的偶然性——將它們從自身糟糕的血液中拯救出來。隨著新證據的出現，科學家們不斷修正冰魚的進化史，但它們的故事肯定是動物王國中最獨特和最離奇的故事之一。
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冰魚生活在環繞南極洲的南大洋中。旋轉的洋流基本上將這些水域與世界其他溫暖的海洋隔離開來，保持低溫：靠近南極半島（大陸最北端）的溫度，夏季約為 1.5 攝氏度，冬季約為 –1.8 攝氏度。南大洋中的許多魚類，包括冰魚，都會產生防凍蛋白，以防止當海水溫度降至淡水冰點以下時，血液中形成冰晶。十六種南極冰魚組成了南極魚科，該科屬於較大的南極鱈亞目。在數百種紅血南極鱈物種中，只有冰魚缺乏血紅蛋白。南極鱈和冰魚共同主宰著它們稱之為家園的水域，約佔南大洋魚類物種的 35% 和魚類生物量的 90%。
透過將冰魚的 DNA 與紅血魚的 DNA 進行比較，東北大學的威廉·德特里希和他的同事們確定了導致血紅蛋白喪失的特定基因突變。基本上，冰魚中組裝血紅蛋白蛋白所必需的基因之一完全被打亂了。儘管沒有其他脊椎動物完全缺乏紅細胞，但生物學家們已經觀察到紅細胞會隨著環境的變化而減少。當天氣變冷時，魚類製造出更稀薄、更容易迴圈的血液是有利的。生活在寒冷水域的魚類，其血液中紅細胞的百分比較低，低於生活在溫暖水域的魚類。溫帶地區的魚類在每個冬天都會降低血液中紅細胞的百分比，以節省能量。基於這些事實，一些生物學家推測，南極冰魚進化出非常稀薄的血液，是對南大洋的一種適應。
阿拉斯加大學費爾班克斯分校的克里斯汀·奧布萊恩和她的同事布魯斯·西德爾（他現在不幸去世了）決定檢驗這一假設。在一篇題為《當壞事發生在好魚身上時》的論文中，奧布萊恩和西德爾首先指出，與它們的近親南極鱈和其他體型相似的魚類相比，冰魚擁有更大的心臟和血管。儘管冰魚將異常稀薄的血液泵入體內，但它們的迴圈系統處理著巨大的血量。奧布萊恩和西德爾計算出，冰魚移動所有這些額外的血液所消耗的能量大約是紅血南極鱈的兩倍。溫帶地區的魚類將不超過 5% 的靜息代謝率用於心臟，而冰魚則將高達 22% 的身體可用能量投入到它們巨大的心臟中。* 奧布萊恩和西德爾還表明，冰魚滋養某些器官的血管比紅血魚更多。如果你剝開普通魚眼的外層，並用黃色矽橡膠填充血管，你會看到一個整齊分隔的血管網，像南瓜的肋骨一樣勾勒出眼睛的輪廓。對冰魚的眼睛做同樣的事情，你會發現一個密密麻麻、亂七八糟的東西，像一盤義大利麵。
與近年來其他生物學家一樣，奧布萊恩和西德爾將冰魚的大心臟和毛細血管、高血容量和密集的血管網視為對血紅蛋白喪失的補償。但是，僅僅這些適應可能不足以將冰魚從滅絕中拯救出來——它們可能也受益於幸運的環境。大約 2500 萬年前，環繞南極洲的南大洋——它已經從其他大陸分離出來——開始降溫。較冷的水不僅提供了更多的氧氣，還殺死了許多沒有進化出防凍蛋白或以其他方式適應寒冷的物種，從而創造了一個寒冷的避難所，冰魚及其親屬從此一直統治著這裡。
然而，今天，冰魚面臨著新的威脅：人為造成的氣候變化。南大洋正在變暖，可能變得更酸性，營養也更少。奧布萊恩說，研究人員已經表明，成年冰魚對溫度變化的敏感度高於紅血魚——它們無法忍受高溫。如果魯德是對的——“只有在極地地區的寒冷水域中，一種失去色素的魚才能生存”——那麼南大洋正在發生的變化可能成為冰魚的末日。考慮一下它們故事的這個版本：冰魚進化出來是為了在地球上最極端的環境之一——零度以下的溫度中生存，卻因為基因事故而失去了紅細胞；儘管遭遇不幸，它們仍然堅持游泳，擴大心臟並生長更多的血管，以便在身體周圍獲得足夠的氧氣；現在，人類正在將南大洋變成一個完全不適合冰魚生存的棲息地，迫使它們再次適應或滅絕。就我個人而言，我仍然抱有希望，即使冰魚的血液中沒有任何血紅蛋白，它們的血管中也流淌著大量的韌性。
*心臟能量投入來源：Hemmingsen, E. A. 和 Douglas, E. L. (1977)。無血紅蛋白南極魚的呼吸和迴圈適應。載於《南極生態系統內的適應》(G. A. Llano 編輯)，第 479-487 頁。華盛頓：史密森尼學會。