金魚和俄羅斯人有什麼共同點？都靠酒過冬啊

知識 08-01

金魚這個呆萌的生物，似乎整天除了在水裡漫無目的地游來游去，就剩下投食的時候響應你一下了。關於它，你聽過最多的可能是「記憶只有7秒」的謠言，但現在我要告訴你一個金魚真正的秘密超能力——它們可以通過產生酒精，在缺氧的水中存活很長時間。

搖擺~搖擺~~ | SOOGIF

這個秘密的超能力是數百萬年以前遺傳變異的結果，幫助金魚以及它的野外親戚鯽魚，在北歐和西伯利亞的池塘中生活下來。這些池塘在冬天被凍得死死的，氣體無法在空氣和水體之間運動，導致水體中的氧氣濃度不足以維持生命，變成水下荒地。

大多數脊椎動物在缺氧狀態下只能存活幾分鐘（裸鼴鼠能存活18分鐘，是哺乳動物之最），而鯽魚卻能夠在冰封的水塘中度過四到五個月的漫長冬季。可它們究竟是如何在漫長、漆黑又寒冷的北歐冬季生存下來的呢?

答案是酒精！鯽屬（Carassius）魚類用肌肉產生酒精，這一令人驚奇的生物化學反應能幫助它們適應所在的極端環境。整個冬季里，鯽魚血液的酒精濃度超過50mg/100mL，超過了蘇格蘭和一些北歐國家醉酒駕車的法定界限，在中國也是在飲酒駕車的範圍內。也就是說，它們一年中有三個月基本上都是喝醉的狀態。

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當漫長的寒夜降臨，這些水缸里呆萌又低調的居民，是如何成為調酒師的呢？

如果沒有穩定的氧氣，線粒體這一細胞的動力來源就無法為生物體提供能量。缺氧的細胞因此不得不尋求無氧的方式，將能量轉化為可用形式。但是，這個替代途徑效率極低，而且會產生有毒的代謝副產物乳酸——這就是短跑後令你肌肉酸痛的罪魁禍首。

冰下的鯽魚們就面臨著這樣兩難的困境：在缺氧的環境下，它們的身體需要由無氧呼吸提供能量，但同時也要避免無氧的代謝在血液中產生有毒的副產物乳酸。

這時候，酒精就該登場了。簡單來講，金魚的骨骼肌能將生成乳酸的物質轉化為酒精（乙醇），然後將乙醇排入水中，鯽魚可以在氧氣濃度極低的情況下存活數月。

乳酸，運動後肌肉酸痛的罪魁禍首 | 圖蟲創意

但其實，酒精並非脊椎動物正常的代謝副產品。否則，哪還用得著啤酒廠、釀酒廠和酒水供應商，直接自己代謝不就好了？所以，自1980年首次發表相關研究以來，科學家們一直不知道鯽魚究竟是如何完成這一奇特的生物化學反應的。

一般來講，在無氧呼吸環境下，葡萄糖分解出的丙酮酸，會在酶的作用下變成乳酸，乳酸只能撐一小陣子，氧氣重新供應之後乳酸便會再次被氧化成為水和二氧化碳。

這個過程的具體原理很複雜，總之，一串其它的酶形成了丙酮酸脫氫酶複合體，經過好幾步轉換之後，把丙酮酸轉化為乙醯輔酶A（也就是激活了的乙酸），再進入檸檬酸循環（TCA）。如果沒有氧氣，檸檬酸循環就沒法開展，乙酸就會堆積。

成群結隊的金魚，總之缺氧也OK | pxhere

而金魚的無氧呼吸，就讓生化學家很迷惑了。用於處理丙酮酸的丙酮酸脫氫酶複合體看起來像是壞掉了，中間產生了乙醛，然後再在乙醇脫氫酶的作用下，被還原成了酒精。乙醛基本上是一種有害的產物，也就是讓不太會喝酒的人臉紅頭暈的東西，機體又怎麼會主動生成呢？

具體的生化反應細節如此模糊不清，讓凱瑟琳·法格內斯（Catherine Fagernes）和她的導師斯蒂安·埃力弗森（Stian Ellefsen）和高瑞安·尼爾森（Goran Nilsson），以及他們來自奧斯陸大學和利物浦大學的同事頗為不滿。為此，他們開始著手解開這個秘密。

科學家們把鯽魚放在一個「金魚旅館」里好幾天，讓它們分別暴露在氧氣充足的水、缺氧的水或缺氧後再充氧的水中。隨後，他們檢查了鯽魚的骨骼肌和肝臟，這兩個部位與乙醇生產有關；以及它們的心臟和大腦，這兩個部位不生產乙醇。

通過在這些部位的隨機取樣，科學家們得以區分蛋白質功能的變化與產生酒精的不同組織之間的相關性。與此同時，研究小組不僅檢查了產乙醇的鯽魚和金魚的組織，還檢查了不產乙醇、不耐缺氧的普通鯉魚的組織。

人人都想變成的「錦鯉」是鯉科鯉屬，而金魚是鯉科鯽屬 | 圖蟲創意

他們發現，金魚和鯽魚並非由於系統故障而不小心製造出了酒精，而是故意的。金魚和鯽魚的丙酮酸脫氫酶複合體與其它動物不一樣，之中有一種酶（丙酮酸脫羧酶），能在缺氧的條件下主動生成乙醛，然後再被肌肉中特有的乙醛脫氫酶拿走，用於轉變成酒精。這個反應相當於把生成乳酸的原料先一步搶走了。

有趣的是，這個反應只發生在耐缺氧魚類的肌肉中，而非肝臟、大腦或心臟中。把乙醛轉化為乙醇（酒精）的乙醇脫氫酶，也選擇性地僅在大量產生酒精的組織中表達。為了更好地生產酒精，這種酶的氨基酸序列會發生一些變化，而不是像哺乳動物一樣會把酒精分解掉（比如喝酒的時候你的身體發生的反應）。

仔細一想，把葡萄糖轉化為酒精，這不就是釀酒嗎？實際上，這種發生在金魚線粒體裡面酶的反應，的確和釀酒酵母細胞溶質里發生的反應原理（丙酮酸脫羧）非常相似。以前，我們也曾在一些植物的根中見過類似的反應途徑。但是，在任何「長著臉」的動物體內發現這種酶的存在，都是一件不可思議的事情，尤其是像金魚這樣的寵物。