북쪽에서는 왜 물고기가 얼지 않나요?

해가 추운 것을 알면 또 다른 겨울입니다. 기온이 점차 떨어지고 북쪽에서 난방이 시작되었습니다. 많은 물고기 애호가들은 임시 보관을 위해 물고기를 실내로 옮기고 다가오는 따뜻한 봄에 다시 밖으로 옮깁니다. 그렇다면 북부 연못, 강 또는 호수의 물고기는 어떻게 겨울을 살아남을 수 있을까요?

북쪽의 바다는 겨울에 얼고 기후가 더 추울수록 북쪽으로 갈수록 수면이 더 오래 얼어 붙습니다. 얼마 전 인터넷에서 이 뉴스를 본 적이 있습니다:

헤이룽장성 하얼빈에 사는 한 여성은 작은 마당에 있는 수조에서 물고기를 키웠습니다. 전기료를 절약하기 위해 그녀는 보통 밤에만 전기 보일러를 켰습니다. 하지만 11월 23일 밤, 기온이 영하 29도까지 떨어지면서 어항이 얼어붙는 것을 발견했습니다. 이 여성은 얼어붙은 어항을 열고 따뜻한 물에 물고기를 넣기 위해 애를 썼지만 다행히도 물고기는 죽지 않았습니다.

상식적인 물리학에 따르면 얼음과 물이 섞인 물의 온도는 0도여야 하고, 따라서 물고기가 얼어 죽어야 한다는 사실을 이상하게 생각하는 사람들이 많습니다. 이 질문은 실제로 일부 추운 지역에서는 호수와 강이 자주 얼어붙지만 물고기는 얼음이 녹을 때까지 추운 겨울을 평화롭게 살아남을 수 있다는 사실을 잘 표현한 것입니다. 그렇다면 물고기는 어떻게 추위에서 살아남을 수 있을까요?

물은 4°C에서 밀도가 가장 높습니다.(수학.) 속이것은 물의 매우 중요한 물리적 특성입니다.

가을에는 공기와 수온이 섭씨 4도에 가깝게 서서히 낮아지는 "열팽창과 수축" 특성에 따라 물의 온도가 낮아지면 물의 밀도가 증가하여 영하 3.98℃까지 내려가 순수한 물의 밀도가 최대 값에 도달합니다. 중력의 작용으로 연못 바닥으로 가라 앉습니다. 그리고 4 ℃ 이하의 수온의 표면이 계속 감소하는 4 ℃ (정확한 값 3.98 ℃, 우리는 관습 적으로 4 ℃로 반올림)의 가장 큰 물의 비중이 연못의 바닥으로 가라 앉는 동안 물의 표면층의 밀도가 낮은 물의 바닥층보다 물의 표면층의 밀도가 계속 감소하고,이 시점에서 수온의 표면은 상대적으로 낮고 연못의 바닥으로 가라 앉지 않을 것이며 동결 될 때까지 수체의 표층에있었습니다.

4°C의 물이 연못 바닥으로 가라앉으면서 연못 바닥에서 겨울을 나는 물고기에게 적합한 수온 환경을 제공합니다. 겨울을 나는 물고기들은 이 물층 안에서 움직이며, 두꺼운 얼음은 매우 차가워 보이지만 실제로는 물고기에게 단열을 제공하는 천연의 큰 이불과 비슷합니다. 물 전체가 완전히 얼음으로 얼어붙지 않는 한 안에 있는 물고기는 얼어 죽지 않습니다.

2017년 영국 리버풀 대학교의 과학자들은 북유럽의 빙하 호수에 사는 금붕어와 잉어가 산소가 부족한 만년설 아래에서 4~5개월 동안 생존할 수 있으며, 길고 추운 겨울을 편안하게 견딜 수 있다는 연구 결과를 Nature Scientific Reports 저널에 발표했습니다.

오랜 연구와 실험 끝에 과학자들은 대부분의 동물이 에너지를 위해 세포의 미토콘드리아에 탄수화물을 전달하는 단백질 그룹을 체내에 가지고 있다는 사실을 발견했습니다. 그러나 산소가 부족하면 탄수화물이 고갈되면서 젖산이 생성되어 젖산증이 발생하고, 이는 인간과 대부분의 동물이 산소 부족으로 몇 분 안에 사망할 수 있는 원인이 됩니다.

그러나 이 연구에 따르면 잉어의 가까운 친척인 잉어는 이 단백질 시스템을 진화시키지 않았기 때문에 저산소 환경에서는 견딜 수 있지만 심각한 산소 부족 상태에서는 빨리 죽는다고 합니다. 이것은 잉어가 금붕어에 비해 산소가 부족한 실외 환경에서 겨울을 견디는 능력이 떨어진다는 것을 의미할까요?