短鳍灰鲭鲨区域性内温性增强的温度调节能力——鱼类适应性进化的关键机制

这篇研究通过生物标记技术揭示了短鳍灰鲭鲨（Isurus oxyrinchus）在垂直洄游中通过血管逆流热交换器（RM）动态调节肌肉温度的能力，其升温速率可达冷却速率的14-47倍，与长鳍金枪鱼（Thunnus obesus）和剑鱼（Xiphias gladius）趋同进化。研究提出区域性内温性（regional endothermy）的适应性意义不仅在于体温提升（ΔTb达12°C），更在于热交换率（kwarm/kcool）的精准调控，为理解海洋顶级捕食者的生态优势提供了新视角。

　　

1 引言

远洋生态系统中的大型掠食性鱼类（如金枪鱼、剑鱼和鼠鲨）普遍具有区域性内温性特征，通过血管逆流热交换器（RM）将代谢热保留在红肌（RM）、内脏或脑部，维持体温高于环境水温（T_a）。传统假说认为这种适应性要么扩展了热生态位（thermal niche expansion hypothesis），要么提升巡航速度（elevated cruising speed hypothesis），但短鳍灰鲭鲨等物种在热带-温带水域的体温提升幅度（ΔT_b仅1.5-3.9°C）暗示其核心优势可能在于热交换率的动态调控。

2 材料与方法

研究团队在台湾东南部通过长线捕获4尾雌性短鳍灰鲭鲨（22.3-70.4 kg），植入记录深度、环境温度（T_a）和肌肉温度（T_b）的生物标记仪。采用热交换模型量化整体热传递系数（k），区分升温（k_warm）与冷却阶段（k_cool）。另对25种鱼类（体重0.01-1600 kg）进行系统发育比较分析，构建基于"软骨鱼类生命树"和"鱼类生命树"的进化框架。

3 结果

个体Mako 2（70.4 kg）在286-327 m深潜时表现出惊人的热调节能力，k_warm/k_cool达46.9倍，而浅潜个体（Mako 4）仅2.1倍。值得注意的是，Mako 1在深潜前通过代谢热主动将肌肉温度提升至高于海表温度（SST），并在后续下潜中继续升温至25°C（ΔT_b=9.9°C）。比较分析显示，内温性鱼类中k_warm/k_cool随体重呈正相关（斜率0.61），140 kg级物种比值达7.4倍于外温性鱼类。

4 讨论

4.1 灰鲭鲨的温度调节机制

研究首次证实鲨类可通过改变血流速率（而非解剖学旁路）动态调节热交换效率。大型个体（>40 kg）表现出更显著的深潜时间-体重正相关（p<0.05），暗示该能力存在个体发育差异。表面预热行为更揭示其具备基于未来行动的生理预适应（physiological preparation），这种认知关联性在鱼类中尚属首例。

4.2 内温性鱼类的进化分化

系统发育比较将内温性鱼类分为两类："绝缘最大化者"（如太平洋蓝鳍金枪鱼和鲑鲨）专精于极地环境的体温维持（ΔT_b达21°C），而"调控最大化者"（灰鲭鲨、大眼金枪鱼）则擅长在温跃层（thermocline）上下快速切换热交换模式。这种生态型分化解释了为何同具RM的物种会占据不同纬度水域——前者依赖绝对体温维持，后者倚重热交换可塑性。

该研究为理解海洋顶级捕食者的生态优势提供了全新框架，揭示区域性内温性的进化意义不仅在于"保温瓶效应"，更在于"智能温控系统"般的动态调节能力。未来研究可结合心脏速率监测，进一步解析血流调控的分子机制。