气候变化正在重塑鱼类的大脑——或许我们的大脑也是如此

这个故事摘自自然的重量：气候变化如何改变我们的大脑，由 Penguin Publishing Group 旗下品牌 Dutton 于 2024 年 4 月 9 日发售。

想象你是一条小丑鱼。一条幼年小丑鱼，具体来说，是在 2100 年。你住在珊瑚礁附近。你是橙色和白色，这并不重要。重要的是，你的内耳中有这些称为耳石的小耳石，当声波穿过水，然后穿过你的身体时，这些耳石会移动并取代微小的毛细胞，从而触发听觉神经中的电化学信号。尼莫，你听到了。

但你听力不好。在这个世纪末，人类已经成功地稍微减缓了气候变化，但它并没有扭转一百年前明显的趋势。到 2100 年，大气中的二氧化碳含量已从世纪之交的百万分之 400 上升到百万分之 600——这是一个中等预测。对于您和您的耳石来说，二氧化碳的增加意义重大，因为您的耳石是由碳酸钙（一种碳基盐）制成的，海洋酸化会使它们变大。你的耳石又大又笨重，居住的甲壳类动物和所有较大的珊瑚鱼的咔哒声和鸣叫声都变得扭曲起来。通常，您会避免这些噪音，因为它们暗示着掠夺性的危险。相反，你会游向他们，就像一个戴着耳机的人可能会走进十字路口，而忽略了刹车故障的喇叭卡车。没有人会拍一部关于你的生活的电影，尼莫，因为没有人会找到你。

作者克莱顿·佩奇·奥尔登。邦妮·卡茨 / 达顿

然而，在洪的研究中，尚不清楚整个故事是否是耳石膨胀的故事。其他实验确实发现高海洋酸度会刺激鱼耳石的生长，但洪和他的同事实际上并没有注意到任何现象。此外，海洋生物学家后来对超大耳石的影响进行了数学建模，得出的结论是，更大的耳石可能会增加鱼耳朵的敏感性——谁知道呢，“这可能是有益的，也可能是有害的，这取决于鱼如何看待这种增加的敏感性。” 调谐远处声音的能力可能对导航很有用。另一方面，也许耳石只会吸收更多来自大海的背景噪音，而这场海洋鸡尾酒会的喧嚣会淹没有用的振动。研究人员不知道。

耳石的不确定性使洪和他的同事得出结论，二氧化碳可能在做其他事情——一些微妙的更险恶的事情。相反，也许气体直接干扰了鱼类的神经系统：也许它们的听力问题不仅仅是感觉器官的问题，而是更根本的问题的表现。也许鱼脑不能过程他们从内耳接收到的听觉信号。

第二年，洪的一位同事、澳大利亚昆士兰州詹姆斯库克大学的菲利普·芒迪似乎证实了这一怀疑。他的理论看起来像是一种劫持。

神经元就像一座房子：绝缘，偶尔可渗透，也许有点漏。就像人们在闷热的聚会上打开窗户让一点冷空气进来一样，脑细胞利用墙壁上的物理差异来保持神经对话的流畅。然而，就神经系统而言，差异与温度无关；而是与温度有关。它们是带电的。生物体内漂浮着各种离子——钾、钠、氯等——并且因为它们到处获得或失去电子，所以它们都带电。给定神经元内部和外部的这些原子的相对平衡会引起细胞膜上的电压差：与外部相比，大多数神经元的内部带更多的负电。但脑细胞壁也有窗户，当你打开它们时，离子可以流过，从而刺激电变化。

实际上，神经元的窗口是跨越其细胞膜的蛋白质。就像房子一样，它们的形状和大小多种多样，虽然你无法通过舷窗安装沙发，但就这些物理差异而言，窗户仍然是窗户。如果里面很热，外面很冷，打开一扇总会让你凉快下来。

直到没有。

鱼儿游过珊瑚礁 — 一群马尼尼鱼经过檀香山恐龙湾的珊瑚礁。唐纳德米拉勒/盖蒂图片社

这是菲利普·芒迪提出的小丑鱼神经劫持。他和他的同事假设海水中过量的二氧化碳会导致鱼类神经元内碳酸氢盐分子的不规则积累。神经元信号传导的问题在于，这种碳酸氢盐也带有电荷，细胞内过多的碳酸氢盐最终会导致正常电条件的逆转。在神经家庭聚会上，现在里面比外面还冷。当你打开窗户（离子通道）时，原子会朝相反的方向流动。

蒙迪的理论应用于一种特定类型的离子通道：一个负责抑制神经活动。所有神经系统所做的事情之一就是平衡兴奋和抑制。前者太多，你就会出现癫痫发作之类的情况；后者太多，你就会陷入昏迷之类的情况——在平衡中我们发现了丰富的经验。但随着电条件的逆转，蒙迪的抑制通道变得兴奋。进而？所有的赌注都落空了。对于大脑来说，这就像在驾驶舱中随机按下一堆按钮并希望飞机留在空中。对于小丑鱼来说，如果蒙迪是对的，酸性海水似乎会导致小丑鱼的嗅觉和听觉短路，它们会游向危险。很难忽视我们其他人可能走向何方的问题。