美國研究人員2019年在格陵蘭島海域發現散發「生物螢光」的透明小魚，經過多年研究發現這種「細尾獅子魚」的血液中含有高濃度的抗凍蛋白，藉此避免身體結冰並適應冷冽極地氣候，研究成果16日發表於《演化生物訊息》期刊。
美國自然史博物館科學家葛魯柏和史帕克斯2019年在考察隊任務中，在格陵蘭島東岸海域發現自體散發紅綠色螢光的透明小魚。格陵蘭島是全球最大島，多數區域位於北極圈內，島上覆蓋冰雪，海域異常寒冷與陰暗。
科學家解釋，具有生物螢光特性的動物可將藍光轉化為綠、紅或黃光，轉換期間會散發生物螢光。這種特性在北極魚類中極罕見，因為北極魚類長年生活黑暗中。文獻指出，細尾獅子魚是唯一會發出螢光的極地魚類。
查原因╱高濃度抗凍蛋白 極地生存關鍵
科學家發現，細尾獅子魚的紅綠螢光來自血液中自然產生的高濃度抗凍蛋白，這種演化特性讓牠得以在零下的海域生存。全球各大海域都有獅子魚分布與棲息，但只有細尾獅子魚為了適應極地環境才演化出抗凍蛋白。
葛魯柏和史帕克斯以未成年的細尾獅子魚作研究，魚身長約1.9公分，成魚平均可長到11.4公分。科學家深入分析細尾獅子魚的生物螢光特性後，赫然發現魚血中含有高濃度的抗凍蛋白，濃度之高為文獻前所未見。
葛魯柏解釋：「細尾獅子魚的抗凍蛋白類似汽車防凍劑，避免散熱器中的水在低溫中凝結，部分動物也有演化出類似防凍機制，避免冰晶形成。我們已知這種小小的獅子魚生存在極端冷冽的海水中，牠們會製造抗凍蛋白，但我們不曉得牠們如何製造這麼多抗凍蛋白。」
極地海域對海洋生物而言是極端的環境，只有演化出適應冷冽低溫的物種才得以生存並繁衍後代。部分昆蟲與爬蟲類可以在身體部分液體結凍的情況下生存，但魚類不行。學者表示，抗凍蛋白大多在肝臟製造，避免其細胞和體液形成大顆冰粒。科學家約莫50年前發現魚類的抗凍蛋白並追溯至5種不同的基因家族。
獅子魚特別有趣，因為牠用「I型」和「IV型」兩種不同的基因家族來編碼抗凍蛋白。柏恩斯表示，研究人員從一隻未成年細尾獅子魚就發現這麼豐富的基因演化成果，試想隨著魚長大，會產生更多保護自己免於凍僵的機制。
看問題╱暖化讓海水升溫 抗凍機制受威脅
然而，科學家還沒發現生物螢光與抗凍蛋白之間的關係。
柏恩斯擔心，全球暖化使得北極海水溫度升高，可能威脅這些已經適應在極度寒冷海域中生存的生物，這表示牠們演化出適應極地氣候及抗凍機制的努力都白費了。細尾獅子魚未來會如何演化，仍無從知曉。
部分科學家預估，若北極海冰持續消融，北極可能在30年內無冰。
史帕克斯說：「北極海並沒有豐富的魚類多樣性，我們的研究則假設海溫逐漸升高，適應寒冷海水的細尾獅子魚等魚類可能面臨生存挑戰，這些對溫度敏感的物種可能無法招架新天敵，這些天敵以往或許因為無法適應寒冷氣溫而到不了北極海域。」
柏恩斯，了解更多關於抗凍蛋白的組成機制與功效，有助科學家拓展其應用到其他生物科技領域，例如避免莊稼凍傷，並判定妥善保存肉品的最佳溫度。
嗜極生物╱巴塔哥尼亞冰龍 酷寒極熱都不怕
南美洲安地斯山脈冰河中住著一種微小、神秘、罕見的「巴塔哥尼亞冰龍」，這種昆蟲的身長只有1.3公分，一不留神就難以發現牠的蹤影。
南巴塔哥尼亞冰原不僅是當地重要的天然淡水儲備區，冰川也孕育著許多不同的生命，巴塔哥尼亞冰龍正是其中之一。巴塔哥尼亞冰龍隸屬於襀翅目昆蟲，牠已演化出在冰天凍地生存的能力。
科學家以「嗜極生物」一詞，形容可在極端環境中生存、成長與繁衍後代的有機生物體。巴塔哥尼亞冰龍是南巴塔哥尼亞冰原唯一真正的昆蟲，而且牠一生的循環都在冰封的環境裡度過。
科學家發現冰龍的蹤跡最早可追溯自1952年，當時是在阿根廷南部與智利冰川中發現這種小昆蟲，其幼蟲在冰川或溪流中成長，成蟲則負責尋找食物和伴侶以延續後代。
考量全球暖化，冰龍的未來岌岌可危，冰川消融讓冰龍無處可棲息與藏身。有著「昆蟲偵探」名號的馬德里茲及其團隊與時間賽跑，希望在冰河完全融化之前，多了解神秘冰龍的身世。
馬德里茲的研究場域大多在阿根廷和智利，他說：「我常常會趴在冰上，仔細尋找並觀察這些昆蟲，並追隨牠們的蹤跡。這有點像小時候，看著昆蟲並思考牠們究竟在做什麼。」
馬德里茲多年來觀察冰龍的行為，並曾近距離觀察到冰龍蛋和冰龍幼蟲。他說：「冰龍蛋晶瑩剔透，可以看到完整的組織發育，小冰龍則像小蝦。」
雌冰龍產卵時，小冰龍已發育完全，但科學家不知道小冰龍需要多久才會孵化。此外，冰龍幼體呈半透明，很難在冰上觀察牠們成長，必須等牠們長出深色外骨骼才容易觀察。
除了耐寒外，馬德里茲意外發現冰龍也能承受高溫。為保存觀察樣本，科學家通常會稍微煮沸清水，以防器官腐壞。馬德里茲曾把三隻冰龍丟進沸水約10到15秒，接著轉身做其他事，當他回神時，發現其中一隻冰龍跳出培養皿。
他說：「我們發現這種生物比我們所知的更有趣，生物通常不會從結凍環境中到沸水還安然無事，除非是俗稱水熊蟲的緩步動物。」微小的水熊蟲以具備在極端環境條件中生存著稱。
原文出自《好讀周報》683期
