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黑龙江哈尔滨一女子有一个小院,平时不住人,只是偶尔去玩一下 。女子在屋子里放了一个鱼缸,养了一些鱼,为了省电白天都没开电锅炉,只在晚上才开,避免鱼被冻死了 。
12月23日晚,女子照例去院子开电锅炉,结果发现浴缸居然冻结起来了,原来是气温下降太厉害,已到了零下29度 。女子用手砸也砸不开冰,用改刀凿了好一会儿,才凿开了冰面 。
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好在下面的水还没有结冰,鱼儿在里面还活着,女子赶紧把鱼捞了出来,放在温暖一些的水里,很快它们就缓过气来了 。
很多人可能觉得奇怪,物理常识说,冰水混合物的温度是摄氏零度,为什么鱼还没有被冻死呢?
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这个问题其实很有代表性,实际在一些寒冷的地方,很多湖面河面都会结冰,然而第二年开春,冰雪消融的时候,水里的鱼儿们又开始活蹦乱跳,悠哉游哉地享受生活了,它们为何能度过酷寒的冬天呢?
首先鱼肯定是会被冻死的,因为不管是我们人类、陆地动物还是鱼类,都是由细胞组成的,身体中绝大部分的质量都是水 。如果体液的温度降低到零度,就可能导致液体结冰形成冰晶,膨胀刺破细胞,导致细胞受损死亡,最终导致整个生命的凋零 。
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然而我们人类是恒温动物,生命系统会消耗能量将我们的体温保持在摄氏36度左右,即使短时间处于零度以下的寒冷环境中,也可以通过消耗能量来维持体温,不会让体液降到零度以下造成细胞死亡,从而安然地度过寒冷天气 。但你如果一直浸泡在冰水中肯定就会有问题了,但也不会因体液结冰,大量细胞被刺破而死亡——实际上人的体温降到30度以下,很快就会因重度失温而死亡 。
而鱼是变温动物,体温和环境的温度是一致的,随着环境温度变化而变化,无需消耗更多能量来维持自己的体温,并且温度越低,新陈代谢越慢,消耗的能量也就越小 。这也是鱼可以在寒冷的天气下安然度过冬天,不会饿死的原因,因为它们体内存储的能量可以在新陈代谢极慢的情况下,维持更长的时间 。
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但这还是没有解释鱼在冰下为什么没有被冻死的疑问 。事实上热带鱼如果不加温,是难以度过中国不少地区的冬天的,因为它们要求的水温一般在10度以上,而中国很多地方的冬天,水温是低于这个温度的 。
但温带寒带的鱼就抗冻多了,比如我们常见的鲫鱼,冬季的时候它们体内的糖浓度会增高,甚至可达夏季的一倍以上,这就可以降低它们体液的冰点,即使到了零摄氏度也不会结冰 。而金鱼、锦鲤都是由鲫鱼、鲤鱼驯化而来的观赏鱼,习性与老祖先一样,因而一样抗冻,不易被冻死 。
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更何况水结冰是一个漫长的过程,尤其是在自然界的大面积水体中,很多时候表面已完全冻结,下面仍然是高于零度的液态水,越到下面温度越高,一些上面冻结的江河湖泊,更底部的水温可以维持在4摄氏度左右 。即使是在地球最深最黑暗的马里亚纳海沟,水温也在1到4摄氏度之间 。
而且水体表面结冰后,反而阻止了热量的散发,下面的水更难以冻结 。所以只要水体没有被完全冻结,里面的鱼就不会被冻死 。
有人可能就会问了,表面结冰了,下面的水就不能和空气交换氧气了,鱼在水里不断消耗氧气,难道不会因缺氧而死去吗?
2017年的时候,《自然-科学报告》杂志发表了英国利物浦大学的一篇研究文章,科学家们发现北欧冰湖内的金鱼及其野生亲戚鲫鱼,可以在缺氧的冰盖下顽强生存四五个月,安然度过漫长寒冷的冬天 。
经过长时间的研究和实验后,科学家们发现,大多数动物体内都有一组蛋白质,能把碳水化合物输送到细胞的能量包——线粒体,但在缺氧的情况下,碳水化合物的消耗会产生乳酸,造成乳酸性酸中毒,所以人类和大多数动物会在缺氧几分钟内就死去 。
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而金鱼和鲫鱼进化出了第二套蛋白质,可以在缺氧时将体内的乳酸转化成酒精,再通过鳃排放出去,从而避免了死亡的命运 。经过测量,科学家们发现,这些金鱼血液中酒精浓度甚至可以超过50mg / 100毫升,达到了苏格兰和北欧国家的酒驾标准 。
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