なぜ北では魚が凍らないのか？

今年も寒い冬がやってきた。気温は徐々に下がり、北国では暖房が始まっている。多くの魚好きは、飼育している魚を一時的に室内に移し、暖かくなる春に再び室外に移す。では、北部の養魚池や川、湖にいる魚はどうやって冬を越すのだろうか？

北の海は冬に凍る。北に行けば行くほど、気候が寒ければ寒いほど、水面が凍る期間は長くなる。少し前、インターネットでこんなニュースを見た：

黒竜江省ハルビンのある女性は、小さな中庭の水槽で魚を飼っていた。電気代を節約するため、普段は夜だけ電気ボイラーをつけていた。ところが11月23日の夜、マイナス29度まで気温が下がったため、水槽が凍ってしまった。女性は苦労して凍った水槽を開け、魚を温かい水の中に入れたが、幸い死なずに済んだ。

常識的な物理学によれば、氷と水の混合物の温度は0度であり、魚は凍死するはずなのに、不思議に思う人は多い。実はこの疑問は、ある寒冷地では湖や川がしばしば凍りつくが、魚は氷が解けるまで寒い冬を平然と生き延びることができるという事実をよく表している。では、魚はどうやって寒さを凌いでいるのだろうか？

水は4℃で最も密度が高い属これは水の非常に重要な物理的性質である。

秋になると、空気と水の温度はゆっくりと下がり、摂氏4度近くまで下がる。「熱膨張と熱収縮」の特性に従い、水の温度が下がると水の密度が上がり、零下3.98℃まで下がると、純水の密度は最大値に達する。重力の作用で池の底に沈む。そして、4℃以下の水温の表面が低下し続けるために、水の表層の密度は、池の底に沈む最大の水の比重の4℃（3.98℃の正確な値は、我々は慣例的に4℃に丸め）のために、減少し続け、この時点で、水の温度の表面は比較的低いですが、池の底に沈むことはありません、凍結まで、水の体の表層にされている。

4℃の水が池の底に沈むことで、池の底で越冬する魚にとっては水温に適した環境となる。 越冬の際、魚はこの水の層の中を移動する。厚い氷はとても冷たく見えるが、実は魚にとっては天然の大きな掛け布団のようなもので、断熱材となっている。水全体が完全に氷のシートに凍らない限り、中の魚が凍死することはない。

2017年、英国のリバプール大学の科学者たちが学術誌『ネイチャー・サイエンティフィック・リポーツ』に発表した研究によると、北欧の氷河湖に生息する金魚や鯉は、酸素が欠乏した氷冠の下で4、5カ月生き延び、長く寒い冬を快適に過ごすことができるという。

長い研究と実験の末、科学者たちは、ほとんどの動物の体内には、エネルギー源となる糖質を細胞のミトコンドリアに送り込むタンパク質群があることを発見した。しかし、酸素がない場合、炭水化物の枯渇によって乳酸が生成され、乳酸アシドーシスを引き起こし、人間やほとんどの動物は酸素欠乏から数分以内に死に至る。

しかしこの研究では、コイの近縁種であるコイはこのタンパク質システムを進化させなかったことも示された。コイは低酸素環境には耐えられるが、重度の酸素欠乏下ではすぐに死んでしまうのだ。ということは、鯉は金魚に比べて、酸素欠乏の屋外環境で冬を越す能力が低いということだろうか？