Почему на севере рыба не замерзает?

Зная, что год холодный, наступила очередная зима. Температура постепенно снижается, а на севере началось потепление. Многие любители рыбы переносят ее в помещение на временное хранение, а с наступлением теплой весны снова вывозят. Как же рыбы в северных прудах, реках и озерах переживают зиму?

Северные воды замерзают зимой, чем дальше на север, тем холоднее климат, тем дольше замерзает поверхность воды. Не так давно я увидел эту новость в Интернете:

Одна женщина из Харбина, Хэйлунцзян, разводила рыбок в аквариуме в своем маленьком дворике. Чтобы сэкономить на электричестве, она обычно включала электрокотел только ночью. Однако в ночь на 23 ноября она обнаружила, что аквариум замерз, так как температура упала до минус 29 градусов. Женщина с трудом открыла замерзший аквариум и опустила рыбок в теплую воду, но, к счастью, они не погибли.

Многим кажется странным, что, согласно здравому смыслу физики, температура смеси льда и воды должна составлять ноль градусов, в результате чего рыба должна замерзнуть до смерти. На самом деле этот вопрос весьма показателен: в некоторых холодных регионах озера и реки часто замерзают, но рыба спокойно переживает холодные зимние месяцы, пока не растает лед. Так как же рыбы выживают в холода?

Вода имеет наибольшую плотность при температуре 4°C(математика) родЭто очень важное физическое свойство воды.

Осенью температура воздуха и воды медленно снижается, приближаясь к 4 градусам Цельсия, следуя характеристикам "теплового расширения и сжатия" - по мере снижения температуры воды плотность воды будет увеличиваться, вплоть до 3,98 ℃ выше нуля, плотность чистой воды достигает своего максимального значения. Под действием силы тяжести вода опускается на дно пруда. И когда поверхность воды температура ниже 4 ℃ продолжать снижаться, плотность поверхностного слоя воды продолжает уменьшаться, из-за 4 ℃ (точное значение 3,98 ℃, мы обычно округляют до 4 ℃) удельного веса крупнейших воды опускается на дно пруда, в то время как плотность поверхностного слоя воды, чем нижний слой воды плотность быть низкой, в этот момент, поверхность температуры воды относительно низкая, не будет опускаться на дно пруда, был в поверхностном слое водоема, до замораживания.

Когда вода с температурой 4°C опускается на дно пруда, на дне создается среда, подходящая для зимовки рыб. Во время зимовки рыбы перемещаются в этом слое воды, и хотя толстый лед выглядит очень холодным, на самом деле он больше похож на естественное большое одеяло, обеспечивающее изоляцию для рыб. Если только вся вода полностью не замерзнет, превратившись в ледяной щит, рыба внутри не замерзнет насмерть.

В 2017 году ученые из Ливерпульского университета (Великобритания) опубликовали в журнале Nature Scientific Reports исследование, в котором обнаружили, что золотые рыбки и карпы в ледниковых озерах Северной Европы могут выживать в течение четырех-пяти месяцев под ледяной шапкой, испытывая недостаток кислорода и с комфортом перенося долгую холодную зиму.

После долгих исследований и экспериментов ученые выяснили, что в организме большинства животных есть группа белков, которые доставляют углеводы в митохондрии клеток для получения энергии. Однако в отсутствие кислорода при истощении запасов углеводов образуется молочная кислота, что приводит к молочнокислому ацидозу, который может вызвать смерть у человека и большинства животных в течение нескольких минут после лишения кислорода.

Однако это исследование также показало, что у близкого родственника карпа, кои, эта белковая система не развилась, поэтому, хотя кои и могут переносить гипоксическую среду, они быстро погибают при сильном кислородном голодании. Значит ли это, что кои менее способны пережить зиму в условиях недостатка кислорода на открытом воздухе по сравнению с золотыми рыбками?