2015年5月15日 星期五

發現第一隻全身內溫魚!

生物調控體溫的方法有兩種,一種是內溫,藉由自身的新陳代謝調節體溫,將體溫維持在一定的溫度,例如人類,另一種則是外溫,需要靠外界的能量才能調節體溫(例如曬太陽使體溫升高),因此體溫變化大,如青蛙和大部分的魚──雖然有內溫魚類如鮪魚可以維持體內部分高溫,但持續時間不久,直到科學家發現了第一隻全身均可維持高溫的內溫魚

第一隻被證實有體溫調節系統的魚:班點月魚(Lampris guttatus)。
照片來源:NOAA Fisheries West Coast

今日(5/15)刊登在<科學>期刊的一篇研究宣布,他們發現了第一隻能靠自身調節維持全身體溫的魚類!

班點月魚住在寒冷的深海,多分布在50到200公尺深處。科學家發現,他們可以靠胸鰭附近的肌肉產生熱能(胸肌大不止是帥還很有用啊~),又因為身上帶有很厚的脂肪,再加上鰓上特殊的血管系統,產生出來的熱能不易消散,體溫因而能夠維持。

長久以來,人們都相信海裡的魚為外溫動物,他們的體溫與四周的水溫接近。不過,仍有少數強悍的掠食性魚類,例如鮪魚、鯊魚、旗魚等,在獵食的時候能夠短暫的提高肌肉溫度。但若他們要提高核心溫度,還是必須游到較暖的水域靠外界的熱量來達成。由於較高的體溫能夠促進許多生化反應,達到例如提高移動能力等效果,研究人員因此推測內溫的魚類應該也是剽悍的掠食者

不過,班點月魚可是長得一點也不剽悍呢!她胖胖的身材跟曼波魚有幾分神似,不過外觀是紅色的,最大可以長至兩公尺長。

2012年,美國國家大氣暨海洋總署 (NOAA) 的漁業生物學家Owyn Snodgrass在加州外海例行的採樣中發現了幾隻斑點月魚。他將月魚的鰓提供給專門研究魚鰓的魚類生理學家Nicholas Wegner。這些魚鰓被保存在20公升的塑膠盒中好幾個月,直到有一天Wegner心血來潮,將他們取出一看──這一看不得了,Wegner立刻發現它們的不尋常之處。

「一般魚的血管都是幾條比較粗的血管負責對鰓運輸血液,附近有許多微血管形成微血管網,負責交換氧氣。然而,班點月魚的微血管所構成的網路卻非常精密,它的動脈和靜脈緊緊貼在一起,構成緊密的陣列。」

班點月魚鰓中的血管,可以看到動脈和靜脈緊密的排在一起

Wegner形容的正是許多生物學家和工程師們熟悉的「逆流熱交換系統」。

一般來說,靠近身體核心的溫度較高,外側的溫度較低。由於動脈和靜脈的流向相反,平行排在一起的時候,從外到內每個位置的兩個血管間溫差都很小,因此使得熱能不易流失。

上圖為併流的血管,下圖為逆流的血管。可以注意到的是逆流的血管(下圖)上下兩條血管的溫度差從頭至尾都不大。

這樣的血管系統在自然界中並不少見,甚至鯨魚、鮪魚、鯊魚等也有類似的系統幫助它們維持肌肉的溫度。

但是,班點月魚卻是第一種被發現在鰓裡也有逆流熱交換系統的魚。

註:你或許會有印象:其他魚的鰓不是也有逆流交換嗎?一般我們熟知魚鰓內發生的逆流交換,指的是水流的方向跟血流的方向相反,所以可以有效率的交換氧氣,如下圖。但班點月魚的鰓卻是血流方向不同的血管併排在一起哦!


一般我們瞭解的魚鰓內的逆流交換系統,指的是水流跟血流的方向不同,可以有效率的交換氧氣


不過,只憑鰓的血管系統,並不能證明班點月魚真的是內溫動物。於是,研究人員對活魚進行溫度測量,也發現它的腦部與核心溫度都較外界水溫來得高。甚至研究人員嘗試把它們放進4度的水中,月魚仍維持約13~14度的體溫(下圖B)。


身為內溫動物有什麼好處呢?最大的好處,應該就是前面提過的增加游泳能力。Wegner和他的同事曾試圖使用感測器測量斑點月魚的游泳速度,可惜感測器兩天後便脫落並浮出水面,因此後續還有許多研究待進行。

至少,我們知道,大自然永遠都有驚喜等著我們。


參考資料:
Scientists discover first warm-bodied 
Wegner, NC., Snodgrass, OE., Dewar, H., Hyde, J. (2015) Whole-body endothermy in a mesopelagic fish, the opah, Lampris guttatus. Science. Vol. 348(6236) 786-789

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