Сколендер и сотрудники исследовали рыб Dallia pectoratis, отличающихся необычайной устойчивостью к холоду.
Рыб, заключенных в резиновые мешки, погружали от хвоста до грудных плавников в замораживающую смесь с температурой —26°, а через несколько минут согревали. Приток крови к замороженному спинному и хвостовому плавникам прекращался и больше не восстанавливался. Рыбы в течение нескольких дней плавали с помощью грудных плавников, но затем погибали. В других опытах рыб при помощи такого же метода замораживали от кончика носа до жабер. После оттаивания у них обнаружили в глазных камерах пузырьки воздуха, а хрусталики стали мутными. Кровообращение в голове, по-видимому, отсутствовало, и жаберная крышка не двигалась. Тем не менее, эти рыбы с мертвыми головами плавали на другой день после оттаивания, но через три дня все погибли. Изолированные сердца и сердца интактных рыб не восстанавливались после замораживания при —26°. Приведенные наблюдения подтвердили данные Камерона и других исследователей, полученные на рыбах, которые водятся в странах с умеренным климатом. Следовательно, даже рыбы, адаптировавшиеся к суровым арктическим условиям, не выживают после замораживания всего тела, хотя и переживают частичное замораживание поверхностных тканей.
Точка замерзания крови большинства костистых рыб, населяющих водоемы с умеренной температурой воды, лежит между —0,5 и —0,8°. Возникает вопрос, каким же образом рыбы арктического бассейна сохраняют активность в морской воде, температура которой у дна круглый год держится на уровне от —1,7 до —1,8°, а в поверхностных слоях варьирует от —1,7° (под плавающим льдом зимой) до 4-7° (после весеннего таяния льдов). В одном из фьордов на полуострове Лабрадор, где температура воды у дна достигала —1,73°, были пойманы глубоководные рыбы 5 видов. Температура внутри тела у самой крупной рыбы была между —1,6 и —1,7°, но точки замерзания ее плазмы и глазных жидкостей лежали в пределах от —0,8 до —1,0°.
Примечательно, что эти рыбы активно плавали в воде, температура которой была на 0,75—0,85° ниже точки замерзания их крови и тканевых жидкостей. Единственно возможное объяснение заключается в том, что как кровь, так и тканевые жидкости находились в состоянии переохлаждения. Во всех предыдущих сообщениях говорилось, что пойкилотермные животные при переохлаждении в естественных или экспериментальных условиях были неподвижными и совершенно оцепеневшими. Возникает вопрос, будут ли рыбы, находящиеся в состоянии переохлаждения, обладать устойчивостью к замораживанию при наличии в окружающей их среде льда. Различные виды глубоководных рыб вытащили на поверхность из глубины 100 м и поместили в корыто с морской водой, охлажденной до -—1,7°, причем на поверхности воды плавал лед. Lycodes частично замерзали, судя по белому налету и изогнувшемуся хвосту, у Liparis появились судороги, и хвост также изогнулся. Холодовое затвердение наступило и у Icelus. Вместе с тем отдельные особи сайки (Boreogadus) не имели никаких повреждений при температуре —1,73°. Различные виды рыб погибали при температуре от —1,9 до —2,5°. По-видимому, во внутренние жидкости организма рыб попадали плавающие в бане кристаллики льда, становившиеся центрами кристаллизации.
После этого были проведены опыты по переохлаждению рыб других видов. Оказалось, что налитую в мензурку морскую воду можно переохладить до —3°, поместив мензурку в баню с регулируемой температурой. Особи Fundulus, пойманные у берегов залива Кэйп-Код в зимнее время, оживали после пребывания в течение 12 час в морской воде, переохлажденной до —3°. Все это время они находились в состоянии оцепенения, но слабо дышали. Когда в окружающую их воду вносили кристаллик льда и образовавшиеся кристаллы заполняли всю мензурку, у рыб начинались сильнейшие судороги, затем они покрывались белым налетом и замерзали. Очевидно, кристаллики льда проникали через кожный покров в тканевые жидкости и становились центрами кристаллизации. Рыб переохлаждали также до —1,5° в морской воде с температурой на 0,2° выше их точки замерзания. Когда к ним прикладывали кусочек льда, у них наступали судороги и они твердели и замерзали, хотя в окружающей их воде льда не было. Незамерзшие рыбы покрывались льдом и промерзали от одного соприкосновения с замерзшими. После перемещения замороженных рыб в морскую воду с комнатной температурой они постепен — но оттаивали. Когда частично оттаявших рыб помещали в переохлажденную до —3° морскую воду, окружающая их вода замерзала. Процесс кристаллизации в таких случаях распространялся от кожных покровов рыб в окружающую среду.
Аналогичные опыты проводили и на других видах, в том числе таутогалабрусе, фахане, таутоге и угрях.
Оставалось невыясненным, почему мелководные рыбы арктических бассейнов не замерзают зимой, плавая при —1,7° в покрытой льдом морской воде с бесчисленным множеством кристаллов льда, прикасающихся непосредственно к коже рыбы. Наблюдения показали, что точка замерзания плазмы мелководной трески (Gadus ogac) и бычка (Myoxocephalus scorpius) летом лежит между —0,77 и —0,87°, когда окружающая морская вода не покрыта льдом и имеет температуру от +4 до +7°. Зимой же, когда рыбы плавают под слоем льда в воде с температурой —1,73° точка замерзания плазмы у Gadus ogac лежит при —1,47°, а у Myoxocephalus scorpius — при —1,50°. Осмотическое давление плазмы у них почти удваивалось до наступления зимы, и поэтому они только переохлаждались примерно на 0,3°. Таким образом, опасность замораживания от соприкосновения со льдом и проникновения внутрь кристаллов льда значительно уменьшалась. Это может служить прекрасным примером адаптации путем регуляции осмотического давления. Интересно отметить, что у многих глубоководных беспозвоночных морских животных, в том числе у рака-отшельника и у крабов, точка замерзания плазмы лежит между —4,68 и —1,73°, т. е. чуть выше температуры окружающей их воды. Поэтому им мало угрожает опасность замораживания. Анализ плазмы летних рыб, плавающих в поверхностных слоях воды, а также плазмы беспозвоночных животных показал, что повышение осмотической концентрации примерно на 80% происходит за счет хлоридов. При исследовании же плазмы мелководных рыб зимой выяснилось, что повышение концентрации хлоридов лишь наполовину объясняет такое сильное понижение точки замерзания. Другие компоненты, ответственные за повышение осмотической концентрации и понижение точки замерзания, пока еще не известны.
Сколендер показал замечательный путь, посредством которого эволюция влияет на заселение самых неподходящих экологических мест. Арктические рыбы дают поразительные примеры активной жизни при температурах ниже нуля. Глубоководные рыбы, выполняющие абсолютно те же жизненные функции, что и рыбы, населяющие воды в странах с умеренным и тропическим климатом, всю свою жизнь проводят в физической среде с неустойчивыми, изменяющимися условиями. При этом они сохраняют полностью жизнеспособность, если только их не извлекают из среды, к которой они адаптировались и в которой они не подвергаются опасности соприкосновения с кристаллами льда. В то же время рыбы, плавающие в поверхностных слоях арктических морей, каждую осень вырабатывают какие-то вещества, понижающие точку замерзания их крови и тканевых жидкостей и защищающие от попадания кристаллов льда из плавающих вокруг них льдин. Удвоенное осмотическое давление в плазме требует какого-то процесса адаптации каждой клетки организма к изменившейся внутренней среде. Перед физиологами и биохимиками стоит задача определить состав этих антифризов и природу акклиматизации клеток.