【南极冰鱼】为什么南极的鱼不怕冻？

南极是地球上最冷的地方，环绕南极大陆的南大洋是地球上最冷的水域，从3200万年前的点新机开始，南极旁路流动阻碍了南极海域和其他海域的热量交流，南大洋的水温逐渐下降。南极大陆架周围的海水温度常年保持在0以下，并被冰雪覆盖。

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由于极低的气温，这一地区的海洋冻成了“冰千里”。这里是冰冻的“小世界”。生活在这里的动物往往有厚厚的毛皮和脂肪，比如企鹅有厚厚的皮下脂肪，就像“厚外套”。这些脂肪为企鹅提供了抵御寒冷的能量。

但是，并不是所有生活在南极的生物都有企鹅的“厚大衣”。例如生活在南极的鱼。

据研究人员观察，生活在南极的鱼类没有企鹅那样“厚”的脂肪，但仍然不会冻僵。那么，没有“厚外套”的他们依靠什么来抵抗寒冷呢？

为什么南极的鱼不会冻死？

一般来说，鱼作为温度变化动物，体温会随着水温的变化而变化，变得像水温一样，适应周围的环境。鱼类生理学的研究结果表明，一般鱼类血液的冰点为-1左右。也就是说，如果温度在-1以下，鱼就会冻成“冰棒”。南极海水的温度常年低于这个冰点温度，所以一般鱼不能在这里生活。

但是科学家们发现南极的鱼不仅没有结冰，而且没事游来游去繁殖。那为什么这里的鱼不怕冻？

以世界上最不怕冷的南极鳕鱼为例。南极鳕鱼体型粗胖，表皮自然是有黑褐色斑点的银灰色。它主要生活在南极附近较冷的海域，在位于南纬82度的罗斯冰架附近也能找到。

科学家们发现，与其他地区的鱼相比，生活在南极的鱼血液中的特殊成分——胡萝卜是主要成分的特殊化学物质，有助于面对寒冷。科学家称之为抗冻蛋白(Antifreeze Proteins)，这种抗冻蛋白是与冰或水相互作用，降低水温度的高分子蛋白质。此外，还可以根据海水温度的变化自动调节。夏天防冻蛋白质停止生产，直到冬天才继续发挥“魔力”。

抗冻蛋白有两个主要功能。

第一种是热体活性(the rmalhysteresis activity，THA)，冷冻蛋白质通过非水方式降低水溶液的冰点，对熔点(melting point，MP)几乎没有影响，因此水溶液的熔点(MP)和冰点(MP)

二是抑制冰再结晶(IRI)，冰再结晶(IR)解释了热力学上有利的过程。其中大冰晶的形成是以牺牲小冰晶为代价的，而大冰晶对于冷冻保存的细胞和生活在极地或寒冷地区的生物体来说，也就是说，冰晶实际形成后，防冻蛋白会直接附着冰晶的开放面。这是直接干涉，从物理角度介入冰晶的变化。

得它们无法轻易地扩张、融化或者重新冻结。这样就保障了安全的体内环境，让冰晶数量变得很少，而且很稳定。

南极鱼身上的这种蛋白质使得它们可以在零度以下的水域维持非结冰的状态。也就是靠这种“天赋”，南极鱼才能在冰冷的海水里自由游弋。

特殊的蛋白质能用来做什么？

随着各种科学技术的进步，近10多年来，极地鱼类对低温环境生理适应的遗传基础正在得到揭示。抗冻蛋白的热滞活性和冰重结晶抑制活性使其在冷冻保存中具有重要作用，可用于在极低温度下储存各种类型的细胞、组织和器官、鲜冷食品等，已成为生命科学、医药卫生、食品、农业等领域的关键技术。

在生殖医学领域，冷冻保存是关键技术之一，可以解决不孕不育、延迟生育等问题。抗冻蛋白可应用于精子、卵子和胚胎等组织器官的冷冻保存；在外科领域，冷冻手术是目前肿瘤治疗的一项关键技术，研究报道手术前将少许抗冻蛋白注射到待切除组织中，可以提高手术成功率，减少冷冻手术后的目标组织发生冷冻损伤问题；在食品领域，抗冻蛋白作为食品添加剂可以抑制冰晶生长，改善冷冻食品的品质；在农业领域，抗冻蛋白转基因技术提高动植物的耐寒能力，效提高水产经济鱼类的耐寒能力。

尽管南极鱼抗冻蛋白在医药、食品、农业等领域都有良好的应用前景，但是目前在生产成本和产业化等方面还存在一些限制和不足，生产仅限于研究和专门的应用。因此，如何低成本地生产高活性的抗冻蛋白是未来应用开发的技术关键。

创作团队：中国科学技术馆新媒体团队

审核专家：李维阳 知名科普作家