能把食人鱼牙咬崩的神装巨鱼,却因为学会了呼吸空气而在水里淹死|巴西
来源：把科学带回家
大家知道，亚马逊河流里有超级凶残的食人鱼。那么在这样的河流里，其他鱼类是否就无法生存了呢？
实际上，在亚马逊河里有一种不会被食人鱼咬坏，反而会把食人鱼咬崩牙的鱼，它就是传奇程度不亚于食人鱼的巴西骨舌鱼。巴西骨舌鱼的家族历史悠久，全身“神装”，而且是喜欢带娃的奶爸，可却因为必须要呼吸空气而遭受了灭顶之灾。我们今天来聊一聊它的故事。
巴西骨舌鱼 图片来源：smithsonian's national zoo
巴西骨舌鱼（Arapaima）来自南美的巴西、秘鲁和圭亚那，是世界上最大的淡水鱼。它的名字准确描述了它的外观。巴西骨舌鱼的舌头梆硬，不能略略略。但是这样的口条主要是为了配合它们的进食习惯：巴西骨舌鱼嘴巴一张，制造低压区，然后像吸尘器一样把鱼虾吸入口中，僵硬的舌头可以配合口腔把食物压碎。
巴西骨舌鱼也是鱼中巨人。巴西骨舌鱼中最常见的物种巨骨舌鱼（Arapaima gigas）3岁的时候就可以长到1.7米长，成年后鱼均2米长，超100千克重，和海豚差不多胖。因为这种水中泰坦的体型，巴西骨舌鱼也被当地人称为“亚马逊的巨人”。
用支配性的巨人体格作为它们的开场白着实有点委屈它们了，实际上巴西骨舌鱼的技能树上挂满了神奇的技能点。
首先，巴西骨舌鱼是演化树上奇特的一支，在现世它们没有近亲，相当孤独。
巴西骨舌鱼和我们平时吃的鲫鱼一样，属于硬骨鱼。硬骨鱼分成4大家族，在现世取得巨大成功的是正真骨鱼（Euteleost）家族，鲤鱼、鲈鱼都是这个家族的，这个家族也承包了人类的大部分渔业。
而巴西骨舌鱼所属的那一支是四大家族里最原始的一脉，而且鱼丁稀少。巨骨舌鱼只有4-5个物种，就这一只手也数的过来的数字，研究者们也不太确定，因为它们的数量太少了。
实际上，巴西骨舌鱼属于骨舌总目（Osteoglossomorpha），它们的祖先出现在1.87亿年前的侏罗纪时代。大概在2300万年前，巴西骨舌鱼的角色被演化刷出来了，它也成了地球上最古老的淡水鱼之一。化石记录显示，在后来的2300万年里，巴西骨舌鱼的造型没什么变化，因此也被称为“恐龙鱼”。
因为与众不同的血统，巴西骨舌鱼有许多其他鱼类没有的特质。比如，巴西骨舌鱼的血液里有五磷酸肌醇（IPP）这种信号物质。要知道，五磷酸肌醇广泛存在于爬行动物和鸟类的血液中，但是硬骨鱼里却只有它有。
体型和古老并不是巴西骨舌鱼最特别之处。它们的舌头和骨头一样硬，鱼鳞比骨头还硬，差不多是鱼中铠巨。但奇怪的是，巴西骨舌鱼必须定期呼吸空气，否则会在水里淹死。
是这样的，在亚马逊流域，旱季和雨季不断交替。在旱季，河水大量蒸发，鱼类的生存空间被压缩。
在旱季造成的季节湖里，食人鱼（Serrasalminae）是主要的捕食者，而巴西骨舌鱼不得不和超过30种食人鱼近距离相处。有趣的是，食人鱼会吃掉其他的鱼类、哺乳动物、鸟类，但是吃不了巴西骨舌鱼，这是因为它们有能打的鱼鳞，皮还贼厚。
巴西骨舌鱼的皮肤占体重的10%，非常结实耐用，好用到可以制造皮包、鞋子和家具。它们的鱼鳞就更强了，能崩掉食人鱼的牙。
巴西骨舌鱼的鳞片是淡水鱼中最大的，长度可达10厘米。它们的鱼鳞分成两层，外面那一层富含钙质，硬度类似于陶瓷，下面一层是胶原蛋白纤维。内柔外刚，这种搭配有点像人类的牙齿。
近年来的研究发现，它们的鱼鳞具有一种布林根结构（Bouligand structure）。一拳能打出。22口径长步枪弹的力量的皮皮虾（Stomatopoda）不把自己打崩，靠的也是布林根结构。
巴西骨舌鱼鳞片的布林根结构。图片来源：uscd.edu
布林根结构类似于千层饼。它的好处是，在受到外力的情况下，这个千层饼的每层可以重排，从而把外力“散掉”。
2012年，加州大学圣迭戈分校的材料学研究者 Marc Meyers 和同事曾用红腹食人鱼（Pygocentrus natteri）的牙去咬巴西骨舌鱼的鳞片，结果食人鱼的牙断了。
要知道，一条1千克重的食人鱼的咬合力为20牛顿。然而，要咬穿巨骨舌鱼的鳞片需要1260牛顿的咬合力，食人鱼的牙口是远远不够的。实际上，因为巴西骨舌鱼的鳞片太硬，厨师在去鳞时要用上战锤。
现在，不少研究者正在以巴西骨舌鱼的鱼鳞为模版制造防弹衣。2018年，中国科大的研究者模仿巴西骨舌鱼的鳞片，研发了一种仿生盔甲材料。这项研究发表在《国家科学评论》上。
不过，亚马逊河流不仅有食人鱼，还有比食人鱼更可怕的缺氧环境。由于亚马逊平原有旱季和雨季，亚马逊河流也会季节性地泛滥。旱季来临时，河水的空间不仅变小，还充满了腐烂的有机物，氧气含量很低。如何在这种臭水沟里呼吸，就成了一个大问题。
为了适应定期缺氧的水质，巴西骨舌鱼被逼出了一种蛇皮技能，那就是呼吸空气。实际上，巴西骨舌鱼体内80%的氧气是通过呼吸空气获得的，只有20%不到来自于水。
巴西骨舌鱼能呼吸空气， 是因为它们抛弃了鱼鳃，转用鱼鳔呼吸。
它们的鱼鳔就是它们用于呼吸气体的“肺”，被研究者称为迷器（labyrinth organ）。巴西骨舌鱼的鱼鳔完全包裹住了肾脏，为肾脏供血的血管要通过肾门静脉系统，而肾门静脉系统又和心脏相连，因此鱼鳔就能把氧气传输给心脏。
巴西骨舌鱼的鱼鳔（蓝色）和里面的空气（黄色）。图片来源：（DOI）10.3389/fphys.2020.00260
和真人的肺一样，为了增加了表面积，巴西骨舌鱼的鱼鳔上面布满了褶皱。利用这巨大的表面积，巴西骨舌鱼把鱼鳔变成了潜水氧气瓶。
它们的呼吸是靠嗦腮帮子实现的，这叫口咽泵（buccopharyngeal pump）。利用鱼鳔，巴西骨舌鱼可以脱水生存30分钟。
与此同时，巴西骨舌鱼的鱼鳃却失去了大部分功能。
巴西骨舌鱼是在长大的过程中逐渐失去用鱼鳃呼吸的能力的。从图片中大家可以看到，巴西骨舌鱼小时候的鱼鳃坑坑洼洼的，表面积挺大，但是长大后鱼鳃就变成棒槌了。
巨骨舌鱼10克大时的鱼鳃（上）和1000克时的鱼鳃（下）图片来源：Encyclopedia of Fish Physiology， 2011
你可能想说，就算鱼鳃没大用，留着也不碍事啊，为什么要逐渐棒槌化？
是这样的，鱼鳃是通过扩散作用从水中获取氧气的，因为水里溶解的氧气比鱼体内多。但是反过来，鱼体内的钠离子和氯离子等电解质水平也比淡水高。如果鱼鳃太“漏风”，鱼可能就会失去体内的电解质。
研究者们猜测，巴西骨舌鱼鱼鳃的变化可能是为了防止电解质通过鱼鳃的流失。实际上，一些鱼的鱼鳃在身体不需要太多氧气时也会变厚，减少电解质的流失，在氧气消耗量增加时鱼鳃又会变薄，比如金鱼（Carassius auratus）。但是像巴西骨舌鱼这样不可逆的变化却是非常罕见的。
虽然巴西骨舌鱼的鱼鳔已经约等于肺，但它们的鱼鳃依旧具有去除二氧化碳的作用，因此还是无法完全离开水生活。
而因为鱼鳔基本代替了鱼鳃，而鱼鳃也无法被完全抛弃，巴西骨舌鱼就有了一个致命硬伤：血槽太短。如果巴西骨舌鱼15分钟不浮到水面给“氧气瓶”换气，就会让自己生生憋死，但它们又无法完全脱水生存。巴西骨舌鱼的这种生理设定就是所谓的空血金装吧。
又因为巴西骨舌鱼必须要浮到水面换气，这种本来无敌的技能在人类到来后就变成了bug。人类善于利用巴西骨舌鱼换气的时间窗口进行捕杀。
人类为什么要捕杀巴西骨舌鱼？
对你没猜错，巴西骨舌鱼的肉据说很好吃。早在80年代就有研究者发现，能够忍受缺氧的鱼类的肌细胞直径更大，其中就包括巴西骨舌鱼，所以巴西骨舌鱼的肉会粗一些，更接近畜肉。再加上巴西骨舌鱼没有细刺不会扎嘴，亚马逊当地人历来有捕食巴西骨舌鱼的习俗。
不过由于过度捕捞，在20世纪70年代，巴西骨舌鱼在亚马逊流域的大城市附近绝迹。因此1986年，巴西骨舌鱼中的巨骨舌鱼被列入《濒危野生动植物物种国际贸易公约》（CITES）。在2001年，巴西颁布法令，禁止在少数特定区域外商业捕捞巴西骨舌鱼。
无法被研究者一手掌握的巴西骨舌鱼。图片来源：Shedd Aquarium/Carlson Haynes
看到这里你可能会觉得奇怪，耐缺氧、皮实长得快，这种鱼应该不难养吧，怎么会没有商业化呢？
这主要是因为人工饲养的巴西骨舌鱼难于繁殖，而这可能和它们奇特的育儿方式有关。
巴西骨舌鱼是孩奴奶爸。鱼仔还没有出世之前，鱼爸和鱼妈会轮流守护鱼卵。小鱼孵出来大概1个月以后，鱼妈大都屁股一撅跑了，留下鱼爸自己带娃。
鱼爸会带娃3个月，期间不会让小鱼里开自己太远，遇到危险会让小鱼到自己嘴巴里躲避。考虑到巨骨舌鱼一般4-5岁就性成熟，寿命不到20年，鱼爸带娃的时间真的不短。
鱼爸管孩子可能靠的是自己产的“奶水”。
是的，巴西骨舌鱼不论雌雄在繁殖季节都会“产奶”。它们的脑壳上有两个小洞，脑洞里会流出白色的“娃哈哈”。这种“乳汁”和人类的乳汁不一样，但和娃哈哈很相似，没有什么营养，但是孩子爱喝。
2017年，英国斯特灵大学的研究者 Lucas S。 Torati 和同事发现，巨骨舌鱼的“乳汁”是由它们的内耳、眼球和中枢神经系统分泌的，含有催乳素、斯氏降钙素等激素，以及和免疫有关的大量蛋白质。
研究者们猜测这种“奶水”有协调亲子关系、加强鱼仔免疫力的作用。鱼仔经常和爸妈碰头，可能就是为了嘬一口爹妈的“脑汁”。阻碍巴西骨舌鱼人工繁育的最大障碍，可能就存在于这口“脑汁”中。
无论如何，尽管有这样一系列的神装、育儿软实力和超长待机历史，巴西骨舌鱼却无法适应人类世，数量低到国际自然保护联盟（IUCN）也无法统计，就快要在地球服务器上挂机。这就是会呼吸的痛了。
巴西骨舌鱼：又大又硬也会输，关键还得续航足。