“冻僵小鱼”科学版，鱼真会被冻僵吗？

最近，一则据说是北京市东城区高考一模作文题的短文，在互联网上引起了关注：

一条鱼逆流而上，他以精湛的游技，冲过浅滩，划过激流，绕过层层渔网，躲过水鸟的追逐。他不停的游，最后穿过了山涧，游上了高原。然而还没来得及发出一声欢呼，很快就被冻僵了。

我们先不去管这则作文题的真假，也无论那些衍生出来的咆哮版、凡客版，纯粹做点科学考据：一条逆流而上的鱼，真的会冻僵吗？

以人类，特别是身处温带的人类体验来看，水似乎是比我们身处的空气更冷的世界。然而这又一次是我们的错觉，水是常见流体中比热容最大的物质，加之水的密度比空气大得多，因此如果现在这个温度下必须“光屁股”，我宁愿待在风中而不是相同温度的水池里——水带走我体温的能力远高于空气。别忘了，人类是体温37℃的恒温动物，而鱼不是，对鱼来说，水是更加温和的环境。

对于淡水鱼，它的生存环境最低温不过就是0℃，即冰水混合物的温度。因为冰的密度小于水，结冰后会漂在水面阻隔外界低温，同时结冰本身还会释放凝结热。当然，如果水全冻住，那水里的鱼就惨了。不过，“题目”中的小鱼能一直游，显然没有被冻结在冰中。当冬季来临时，必须面对冷水的鱼早就储备了足够的脂肪，它的肝脏也会储存大量的营养，应对能量消耗。最关键的，鱼体液内的蛋白质和糖的浓度也迅速升高，过冬的鱼体内葡萄糖的含量可以达到夏天时的1倍多。蛋白和糖的增加使得鱼体液的冰点下降约1度，避免了0℃时体内特别是细胞内液体结冰。结冰才是低温杀死变温动物的最主要原因——细胞内液体冻结膨胀，细胞破裂死亡。

相比淡水里的鱼，海水鱼面对的挑战更严峻些，因为盐水的冰点更低。海水的盐浓度大约是3%，这会使海水鱼面临的极限低温再下降约2℃。但是海水鱼的体液却没有如此高的盐浓度，如果没有特殊武器，海冰之下将会无鱼。1969年，科学家在极地的一种海水鱼体内发现一种特殊的蛋白质，可以把这种鱼体液的冰点降低到-2.2℃。后来研究人员又发现了一系列此类蛋白，并通称其为抗冻蛋白（Anti Freezing Protein）。在抗冻蛋白发现半个世纪之后，2010年，德国波洪大学的科学家才揭示了其作用机理，这些蛋白通过与水分子结合，抑制水分子的不规则运动，从而降低了冰点。

科学家们不但正在尝试将这些抗冻蛋白通过转基因的方式转移到那些不抗冻的农作物体内以扩大这些作物的种植范围，而且还在实验用它们改善冷冻食物的口感。

如果有一天你吃到了添加了抗冻蛋白从而变得更细腻的冰激凌，可别忘了嘲笑一下“冻僵小鱼”是多么愚蠢的一道作文题。

参考文献

1. 张强，谢锋，江建平，郑中华，徐俊晓，程贵英 冷血脊椎动物冷适应研究 四川动物2006年 第25卷 第2期
2. 孙方人 抗冻蛋白 《解放军医学情报》1996年 第6期
3. 孙琳杰，李素丽，马纪，李友广，张富春 新型食品原料——抗冻蛋白 《食品科技》 2008年06期
4. Ebbinghaus S., Meister K., Born B., DeVries A. L., Gruebele M. & Havenith M.(2010) Antifreeze glycoprotein activity correlates with long-range protein-water dynamics. Journal of the American Chemical Society DOI: 10.1021/ja1051632

本文已发表于 果壳网 自然控主题站 《“冻僵小鱼”科学版，鱼真会被冻僵吗？》