船员鱼如何维持一小时的交配叫声？

宾夕法尼亚大学的研究人员发现，太平洋海军中尉鱼可以连续鸣叫长达一小时来吸引潜在的配偶。这项研究发表在《普通生理学杂志》2018年1月刊的封面上，解释了鱼类泳道周围的肌肉纤维如何承受高速收缩——每秒可达100次——这是产生动物独特叫声的必要条件。

在黑暗浑浊的海洋中很难找到配偶，所以几种鱼的雄性进化出了大声鸣叫的能力，可以吸引潜在的雌性伴侣到它们的巢穴。这些交配叫声是由环绕鱼类的游泳者的超快速肌肉纤维产生的，并经历快速的收缩和放松循环，使这些充满气体的器官振动。

例如，雄性大西洋蟾蜍以每秒100-200次的速度收缩和放松其游泳肌肉，以产生短暂、重复的“汽笛”叫声，中间夹杂着相对较长的沉默。太平洋海军陆战队鱼(Porichthys notatus)的I型雄性更为突出，能产生长达一小时的持续交配嗡嗡声。因此，以每秒100次收缩和放松的速度，海军中间人的游泳肌肉在一次短暂的通话中最多可以收缩36万次。宾夕法尼亚大学生物学教授劳伦斯c罗马(Lawrence C. Rome)解释说，“船员的游泳肌肉每小时产生的收缩比任何其他已知的脊椎动物肌肉都多。”

肌肉收缩是由钙离子触发的，钙离子在神经冲动的作用下从细胞内储存位点释放到肌纤维的细胞质中。通常，这些钙离子然后被泵回储存，让肌肉在接受任何进一步的神经脉冲之前放松，但鱼游泳肌肉收缩太快，以便在下一次收缩开始之前完成这个泵送阶段。

大西洋蟾蜍解决了这个问题，部分原因是它产生了大量的蛋白质，称为小白蛋白，可以清除肌肉细胞质中多余的钙。然后，这些钙离子可以在静默期间被慢慢抽回储存，这会打断蟾鱼的叫声。

然而，太平洋海军陆战队不会产生那么多的白色蛋白质。即便如此，鱼的连续呼唤很快就会超过蛋白质的钙结合能力。"问题仍然是：海军陆战队如何在连续通话中管理他们的钙？"罗马问。

因此，罗马和他的同事们测量了海军中间人的游泳肌肉在反复收缩和放松过程中释放和泵出的钙量。研究人员发现，像大西洋蟾蜍一样，船员的肌肉每次神经冲动只收缩一次。这与自然界中最重要的肌肉运动的极端情况形成了对比。蜜蜂和其他昆虫的高频飞行肌肉在回应一个脉冲时会多次收缩。

然而，至关重要的是，对于单个神经冲动来说，军官肌肉释放的钙大约比蟾鱼肌肉少8倍。因此，为了维持交配叫声一小时，船员的肌肉被释放，然后被泵出，这只是蟾鱼在相同时间段内间歇性叫声所用的钙的两倍。

罗马解释说：“每次刺激释放的少量钙是使海洋上尉游泳肌肉中的钙泵能够长时间保持高频刺激的关键因素。”此外，由于钙泵送需要能量，低水平的钙释放也减少了连续一小时交配呼叫的代谢需求。

罗马和他的同事还发现，平均而言，蛋白质将钙从细胞质中泵出并储存在水库中，在船员中的运行速度比蟾蜍鱼中的同等物质更快。“快速钙泵和少量钙释放的结合使海军陆战队能够在长期交配呼叫中保持钙离子的正确平衡，”罗马说。然而，他补充说，这种低钙水平如何导致游泳肌肉收缩到足够的强度，以产生船员独特的嗡嗡声，还有待观察。

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