魚類生存之道|以不變應萬變的肺魚（上）（原創 高尚）

在非洲，有些土墻會自己塌。原因你可能想不到：因為墻里面住了一條魚。

旱季時，當地居民用干涸河床的泥土砌墻。有時，一塊藏著肺魚的泥巴就被糊了進去。整個旱季，魚在墻里睡大覺，人在屋里生活勞作，互不知悉、互不打擾。

直到雨季來臨，雨水浸透土墻。墻里的肺魚感知到濕度變化，蘇醒過來。它開始掙扎，想要脫身。最后，它撞開“泥繭”，破墻而出。半面墻，就這么嘩啦啦地倒了。

這條能把墻弄塌的魚，就是肺魚。

別的動物都是為了避寒而冬眠，它卻反其道而行之，為抗旱而“夏眠”。

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“夏眠”的機制

那么，它究竟是怎么做到“夏眠”的呢？

首先，它有兩套呼吸系統。就像它的名字一樣，肺魚有肺。但它的肺和哺乳動物的不完全一樣。準確地說，肺魚的肺是特化了的魚鰾，里面像蜂窩一樣布滿血管，能直接呼吸空氣。最新的科學研究發現，肺魚肺部的細胞類型和基本功能，已經和高等哺乳動物的非常相似。

非洲肺魚（Protopterus annectens）

Public Domain

為了應對旱季，它會鉆進泥里，分泌大量黏液。黏液與周圍泥沙混合，干燥后形成防水“泥繭”，裹住肺魚的身體，以隔絕干燥、高溫與病原體，鎖住體內水分，僅在前端留幾個微小的呼吸孔。肺魚身體盤曲，吻部對準呼吸孔，開始“夏眠”。

呼吸切換：進入泥繭后，它的鰓基本停止工作（鰓部氣體交換功能大幅弱化，但保留極微弱的離子交換功能以維持體內電解質平衡），呼吸完全依靠那個蜂窩狀的肺。通過泥繭上留出的小孔，進行極其緩慢的氣體交換。

開啟節能模式：“夏眠”時，他們的新陳代謝率會降低至正常水平的約1/60。心跳和耗氧量變低，同時啟動內部能量循環，極其緩慢地分解自身儲備的脂肪，生命活動似乎進入“待機狀態”。

器官的功能重塑：更有趣的是，為了完全依賴肺呼吸，“夏眠”時還會觸發肺部的功能升級?？茖W研究發現，由NRP1（神經纖毛蛋白1）與VEGFA（血管內皮生長因子A）構成的關鍵信號通路在“夏眠”期間活性增強，這能促使肺部生長出更密集的微血管網絡，從而大幅提升肺部的氣體交換效率。

通過“夏眠”，肺魚在缺水、缺食的環境中可存活數月至數年，減少了能量消耗帶來的生存壓力。此外，相比普通魚類被動應對環境變化，肺魚通過 “主動休眠” 主動規避生存危機，大幅降低了環境波動帶來的死亡風險。因此，肺魚是淡水魚類中壽命較長的類群之一，野生個體壽命通常在 50～100 年。

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它是我們的“表親”

除了會“睡覺”，肺魚的運動方式也很特別。它的魚鰭和普通的魚不一樣?，F存的幾種肺魚中，澳大利亞肺魚的鰭最為特別：里面有一套簡單的骨骼結構，肌肉也發達。這讓它能夠用這對肉質鰭，在河底支撐和移動身體，看起來有點像在“走路”。當然，非洲肺魚和美洲肺魚的鰭已經退化了不少，更像絲帶，不具備這種強支撐能力。

有肺、有四肢雛形，這些過渡特征讓科學家對它們極為關注，我們知道，哺乳動物的祖先是從魚演化來的，那魚類爬上岸的關鍵，不就是離水呼吸和爬行嗎？

通過基因對比研究，現在科學界已經確認：肺魚是所有現存魚類中，與包括人類在內的四足動物親緣關系最近的“表親”。

請注意，是“表親”，而不是直系祖先。我們的共同祖先是肉鰭魚綱總鰭魚亞綱的一種古老原始類群。大約在4億年前，我們的祖先和肺魚分道揚鑣，一支是激進派，成功登陸，演化出陸地脊椎動物；另一支則是保守派，蟄伏水下，成了今天的肺魚。

所以，肺魚就是一個活生生的參照物，讓我們看到自己的祖先在登陸前，可能的樣子。

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巨大的“遺傳包袱”

有意思的是，肺魚的這種保守和忍耐，似乎也刻在了它的基因里。最新的科學研究發現，美洲肺魚擁有動物界里已知最大的基因組，其基因組大小約為91 Gb，是人類基因組的約30倍。更特別的是，其中約90%的序列是不斷重復的、不直接編碼蛋白質的冗余部分，主要是能自我復制的轉座子。

為什么維持這么龐大的“遺傳包袱”？一種科學的推論是，這種看似低效的基因組結構，或許在漫長的演化中為它應對極端環境提供了更多的緩沖空間和演化潛力。不過這一推論目前仍處于假說階段，尚無直接實驗證據證實二者的因果關系。從這個角度看，這巨大的基因組或許正是它“以不變應萬變”的終極底氣。

所以你看，演化并沒有預設的方向，成功不一定意味著更快、更強，找到屬于自己的生態位，慢和忍耐同樣是一種了不起的生存智慧??????

參考文獻

[1]Zhang R H, Liu Q, Pan S S, et al. A single-cell atlas of West African lungfish respiratory system reveals evolutionary adaptations to terrestrialization[J].Nat Commun. 2023;14(1):5630.

[2]Wang K, Wang J, Zhu C L, et al. African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition[J]. Cell. 2021;184(5):1362-1376.

[3]Schartl M, Woltering J.M, Irisarri I,et al. The genomes of all lungfish inform on genome expansion and tetrapod evolution[J]. Nature, 2024,634, 96–103.

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