鱼在水里会口渴吗？

源济

鱼在水里会口渴吗？

知乎日报 知乎日报 2024-06-05 08:02 北京

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鱼在水里会口渴吗？

| 答主：艾比斯

鱼应该不会口渴，口渴的神经机制应该是脊椎动物向陆地进化过程中产生的。

口渴被定义为有意识的感觉需要喝水并出现喝水动机的现象。

当我们的身体缺水时，身体会发生很多变化，比如血量减少，导致血压变化。体内盐和其他矿物质的相对浓度会增加。在过去几十年的研究中表明，人类大脑中有一个部位负责引导口渴反应，叫做终板，终板内的脑细胞可以感知身体缺水情况并驱使动物寻找或避开水。

终板（黄色）是一系列相互连接的大脑结构，充当控制体内液位的中枢。终板中的一些细胞与大脑中充满液体的大隔室相邻，称为脑室（蓝色）。当身体开始缺水时，身体液体的成分（包括脑室中的液体）开始发生变化。与心室相邻的终板神经元可以感知心室液体的变化，从而快速了解身体是否有足够的水分。

这些神终板神经元接受许多关于人体水需求的信息，并发出信号诱发口渴的感觉。

在哺乳动物等陆生动物中，口渴并寻找水的意识和动机都是在下丘脑区域产生的。其他脊椎动物类群的饮水行为神经基础并未完全了解，但是包括两栖动物在内的脊椎动物都有口渴现象。

血管紧张素 II 是所有脊椎动物（包括鱼）有效的促激素，具有很强的致渴作用，在哺乳动物和鸟类中，血管紧张素II可以作用于前脑诱发口渴机制。因此使用血管紧张素II可以用于研究动物的口渴行为。

在过去的研究中发现，鱼类的前脑与诱导饮水无关，它们仅靠后脑产生的吞咽反射就能完成饮水。血管紧张素II并不能调节鱼前脑的饮水。而对于鱼来说，由于在水环境中可以不停吞咽水，因此鱼类并不需要主动去寻找水，而是需要调节体内的盐分来平衡渗透压。

淡水鱼和海水鱼有两套方式调节体内的渗透压平衡。

对于淡水鱼来说，血液和组织比外部环境含盐量高得多，因此水遵循这种渗透梯度，即身体是一块咸海绵，淡水鱼的肾脏会从血液中排出大量的水，并产生非常稀的尿液。而它们的鳃则不断地利用专门的盐细胞将盐泵回体内。

另一方面，咸水或海洋物种经常通过嘴喝水以保持水分。面临的挑战是避免水分流失到含盐量更高的环境中，并防止过量的盐进入。

它们的肾脏去除盐分并保存水分，而鳃中的盐细胞将盐分泵入水中。通过这些不同的盐和水传递方向，海水鱼和淡水鱼的身体具有相同的水分和咸度。

而在脊椎动物进化过程中还有两栖类动物，它们是如何调节体内水平衡的？有研究人员对弹涂鱼进行了相关研究。

弹涂鱼是两栖虾虎鱼，大部分时间在离水的地方进食，它们具有半陆地生活方式的生理特征，它们可以将水储存在颊腔和鳃盖腔中，当食管前括约肌放松时，颊腔和鳃盖腔的水会流入肠道。当弹涂鱼颊腔和鳃盖腔的水很少时，它们会立即迁移到水中并补充水源。

研究人员对弹涂鱼注射血管紧张素 II，发现该激素会诱导弹涂鱼吞咽更多储存在颊腔和鳃盖腔的水，从而导致弹涂鱼会在水中呆更长的时间摄入水。

水生鱼总是有水可以通过喝，它们只需要一个直接在后脑水平诱导吞咽的系统，而不是由前脑介导的口渴系统。弹涂鱼由水生射线鳍鱼进化而来，入侵陆地环境，除了 AngII 诱导的吞咽之外，可能还获得了检测口腔/鳃盖干燥（即「局部口渴」）的能力。弹涂鱼在陆生动物中是独一无二的，它在陆地上的颊/鳃腔和食道前部储存水，以维持鳃作为呼吸和渗透压调节器官的功能。如果不迁移到水中，只要口腔/鳃盖有水，弹涂鱼就可以吞咽水。当颊/鳃盖中的水通过吞咽而减少时，引起再填充行为以润湿鳃和颊腔。

相比之下，具有肺呼吸功能的陆地四足动物不能物理储存可供饮用的水，必须通过 血管紧张素 II 基于前脑的动机信号移动到水中。

黑色和白色星星分别表示控制口渴和吞咽反射的大脑区域。在陆生四足动物中，全身血管紧张素 II 直接作用于前脑诱发口渴。这些信号被整合到前脑中并调节向水移动的动机。在水生和两栖射线鳍鱼中，AngII 主要主要作用于后脑（即反射中枢）以诱导口腔水的吞咽。

因此，「口渴」是陆生四足动物的一个特征，可能是它们在进化过程中失去鳃时获得的。水生鱼总是有水可以通过喝，它们只需要一个直接在后脑水平诱导吞咽的系统，而不是由前脑介导的口渴系统。

宇航员在月亮上为什么跳着走？

 | 答主：太空僧

一个重要原因：宇航服太硬。

如果仅仅是因为重力加速度为地球表面重力加速度的六分之一，那么只要调整好腿部肌肉的力度，慢慢移动，并不需要像当年视频中那样一跳一跳的。

之所以要跳着走，一个很重要的原因，是舱外 EVA 宇航服下肢关节的僵硬程度。

如果你穿过铠甲，或者那种发传单的充气人偶服装，你就会体会到这一点。

隔热和防辐射层的多层材料，会让宇航服的四肢变得很硬，有点像以前冬天老人家给小娃娃扎成粽子的既视感。为了解决这一困难，会把关节处设计成像龙虾壳等可弯曲结构。但是，真空环境宇航服内外的气压差，还是会让袖管和裤管膨胀起来，并像打了气的轮胎似的硬挺，阻止弯曲。

（还记得我之前讲过的，太空行走第一人阿列克谢·列昂诺夫因航天服膨胀差点回不去舱的故事么？可以试着找一副乳胶手套，吹足气并扎起来，再尝试去弯曲手指）

如果弯曲肘部和膝关节，会不可避免地要进一步压缩宇航服内的空气，这就好比用打气筒往已经打足气的自行车轮胎中继续打气，困难可想而知。

跳着走会大幅减少膝关节弯曲，也就不用花费太多力气去压缩空气，更轻松一些。

阿姆斯特朗备用 EVA 服的右膝

钟摆与每单位前行距离的能量消耗在生物学中，有一个和连续体力学中的「福禄数」类似的量，大致等于 v²/gl ，v 是速度，g 就不说了，l 是腿长。

当这个值大于 1 时(甚至大于 0.5），就意味着会导致双脚同时离开地面，人会切换到双脚离地的状态（比如跑步）。

通过计算可知，在地球上，当人类移动速度不超过每秒 2 米的时候，步行是首选的策略，因为这是身体重心的垂直位移最小的方式，可以最大限度地减少无谓的能量消耗。超过每秒 2 米的话，成年人类常会切换到「跑步」的姿势。

与跑步相比，同样双腿离地的兔子跳，重心抬得更高，在地心引力的作用下会消耗更多的能量（150%+），只有身体没被氧化的精力无限的小朋友才会选择。（如果你观察地仔细，你可以从是否跳着走路来分辨一条狗的年龄）

具体地说，当我们平时在走路的时候，不会刻意地去想怎么把后面的腿收回、再像钟摆一样「甩」到前方去，这一切都依靠重力和肌肉记忆完成了。但在低重力的月表，你会发现这种「钟摆」变慢了。

还记得单摆在小角度摆动时，周期公式么？对，周期的平方和重力加速度成反比。没有经过适应性训练的话，你会发现你得用力才能把后腿摆得像在地球一样自然，或者就得放慢步行速度，如果忘记了，就会像学步的宝宝一样摔跤。

说到摔跤，还有一个小知识点。月壤很松。第一批登月的奥尔德林就曾反月壤形容为「非常细的石墨粉」，如果走路时不怎么抬脚，就会在靴子前面堆出「小土堆」来，给前进增加阻力，再加上月表本来就凹凸不平，所以每一步都得小心，加上月壤还比较滑（想想石墨），一不小心就会摔跤。

我们换个角度：

阿波罗 12 号的宇航员康拉德就表示：

月球表面就没有「行走」这回事，不仅速度慢，而且即使正常地迈步都会比慢跑要消耗更多力气。

为了更好的前进，宇航员发现跳着走的话，就会好一点（也没好太多就是了）。康拉德的同伴艾伦尝试了兔子跳，但发现很容易会跳歪。

再具体分析下去的话，可以更细致地分析在不同的步行速度和重力加速度条件下，最省力的前行姿势。这一点已经有大量的文献了，我随便举一个吧：

在不同的步行速度和重力加速度条件下预测的步态类型，绿叉代表「跳」

从图中可以看出，更小的重力加速度意味着跳着走更省力，而最大的重力加速度意味着「行走」更省力。

当然，现在的太空服设计会显著影响上面这个步态策略的选择。

综上，跳着走是低重力下的自然步态选择，它比步行和跑步更不容易疲劳，效率也更高。

  题图来源：《海洋》