旗魚劍魚金槍魚，為什麼能遊那麼快？

飛得最快的鳥是遊隼，跑得最快的哺乳動物是獵豹，遊得最快的魚是誰？

「旗魚，最高速度每秒35米。」給出答案的你先等等，來聽一個衝刺的故事。

麻薩諸塞大學的遠洋研究實驗室，一直在觀測記錄大型海洋生物，金槍魚、旗魚、海龜的生態活動。實驗室給藍鰭金槍魚的背鰭上安裝監測速度和位置的微型記錄儀，儀器用於短期採集數據，跟隨金槍魚巡遊1個月後自動脫落。掉落的記錄儀漂浮到海面上會發出信號，跟實驗室合作的漁民看到信號後能及時回收脫落的儀器。

剛過1個星期，漁民送來第1份記錄儀。儀器原本裝在一條400公斤的藍鰭金槍魚身上，現在被撕裂了，掉到海裡。下載了記錄儀裡的數據後，實驗室震驚了。儀器脫落的原因是因為金槍魚遊得太快了，扯掉了附著在背鰭上的記錄儀，它的速度達到64米/秒。

金槍魚64米/秒的速度超過旗魚記錄將近2倍，只是金槍魚的速度僅是瞬時衝刺速度，不能長久保持。

還有比金槍魚更快的魚嗎？生物學家沒法記錄每一條魚的衝刺速度，做不到精確比較。不過魚類的速度高手有張公認的榜單，在遊得最快的魚類名單中，旗魚、劍魚、金槍魚是前3強。

同樣是魚，速度高手為什麼能比其他魚兒遊得快？跟身體結構，運動效率，遊泳姿勢密切相關。速度高手各有各的天賦，不過它們擁有成就最快速度的共同點：體重偏重、體溫高、體表阻力係數小。在海洋裡，你只要按照這3個共同點去找魚，無論是硬骨魚還是軟骨魚，找出來的魚兒一定能遊得飛快。

體重偏重

無論是陸地奔跑、天空飛翔，還是海洋巡遊的動物，速度最快的高手，體重和身材在本活動領域中，屬於中上水平。

體力和能量爆發的比值有個最佳點，這個點的範圍只處於體重在中上水平的動物之中。長時間高速運動跟肌肉的有氧代謝有關，而最高爆發速度，也就是最快速度，跟無氧代謝緊密聯繫。當你慢跑或騎行時，身體依靠有氧代謝分解的糖份來提供能量。當你從事劇烈運動，比如衝刺和舉重，有氧代謝滿足不了能量需求，這時你進入無氧代謝模式，消耗的是儲存在肌肉中的能量（腺苷三磷酸，ATP）。無氧代謝產生能量的速度更快，但維持時間也更短，只能做到暫時性的爆發。

小個頭的動物身體肌肉不夠，儲存的能量有限，最快速度比不上大個頭。不過最快速度也不僅僅只依賴肌肉，如果速度只由肌肉組織和動物步幅長度決定，那尺寸最大的動物應該是速度最快的動物，事實並非如此。體重更重的動物需要的啟動能量更多，大個頭的動物在加速時需要的時間更長，能量儲存的局限限制了它的最快速度。

最快速度由體重決定，看似粗暴直接的推論，在生物界，它的準確率為89.3%。接近90%的準確率，適用於生物界內的絕大多數動物，包括飛鳥爬蟲，走獸遊魚。

上圖是3個領域，天空，陸地，海洋，動物們體重和最快速度的曲線圖。根據圖中的駝峰曲線，還可以推測出恐龍奔跑的最高速度，也就是說，個頭巨大的霸王龍，跑得並不快。圖中綠色是天空領域，包括飛蟲和鳥類。黃色是陸行領域，包括爬蟲和走獸。藍色是水域，魚蝦鯨魚都在其中。飛行和奔跑動物的速度隨體重增長的曲線形狀相似，不同的是飛行動物的速度是奔跑動物的6倍。對於魚類來說，最高速度隨體重增長的曲線更為陡峭，這意味著，在水裡，體重增長對速度提高的優勢大過在空氣中。

上圖是海洋生物的體重與最快速度的對應圖，個頭過小或過大，都不能遊得最快，中上水平的體重，是爆發速度高手的最佳條件。

來看海洋速度高手的體重，成年旗魚50～100公斤，劍魚70～120公斤，金槍魚中藍鰭金槍魚最大，平均220公斤。3種魚類的個頭比大多數魚類要大，但比鯊魚和鯨要小一些。[頭條-法蘭西is培根-未經授權請勿轉載其他平臺]

體溫高

除了體重外，速度跟體溫密切相關。就像你在運動前熱身一樣，先有溫度後有速度。在天空中，溫血動物的速度比冷血動物要快，比如體重相同的蜂鳥和蝴蝶，鳥比蝶快。在陸地上也一樣，同等體重下，哺乳動物比爬行動物快。

水域跟天空和陸地都不同，水的傳熱比空氣要快，海水帶走身體熱量的速度比空氣快25倍。在海洋裡，溫血動物需要消耗很大的能量來保持體溫，它們用於速度的能量就有所欠缺。所以在海洋裡，溫血動物的速度比冷血動物要慢。同樣體重的魚類和鯨類，魚比鯨快。

拋開海洋裡的溫血動物不說，在冷血的魚類裡面，依然是先有溫度後有速度，體溫高的速度比體溫低的要快。雖然魚是冷血動物，但並不是所有的魚體溫都跟周圍海水一樣，速度高手的身體比其他魚兒更加熱乎。低溫阻礙魚兒大腦和肌肉的活動，延長反應時間。凍僵了的魚，它的運動也會慢一拍。體溫高的魚，不僅遊得快，還遊得遠。在寒冷水域，體溫決定了速度。在廣袤海洋，體溫還決定了距離。

上圖是13種鯊魚和硬骨魚的速度和巡遊距離。藍色代表低溫魚，紅色代表高溫魚。圓形是硬骨魚，三角形是鯊魚。同等體重下，體溫高的鯊魚比體溫低的鯊魚，速度快2倍還多。同等體重下，體溫高的硬骨魚比體溫低的，速度要快更多。

劍魚和金槍魚體溫比其他魚類要高，它們身上自帶加熱系統，不畏懼冰冷的海水。

金槍魚，寒冷水域裡核心體溫能高出周圍水溫20℃，潛入1000米以下的深海裡也能保持迅捷運動。

金槍魚身上血管的布置跟其他魚類不同，在肌肉和內臟器官之間，有一套特殊的網狀血管。遊水時肌肉產生的熱量，會通過網狀血管系統保存下來，提供給內臟，這套蓄熱結構叫做逆流熱交換器。金槍魚身體產生的熱量能保留下來，不會白白被水流帶走。體內充足的熱量讓金槍魚遊得更快，消化食物的效率也更高。

劍魚，不像金槍魚一樣給全身都加熱，它只局部加熱最重要的頭部。劍魚的眼睛旁邊有一套類似金槍魚的逆流熱交換血管，專門給流經眼睛和大腦的血液加熱，它的眼睛和大腦溫度通常保持在19℃～28℃。在只有3℃的冰冷海水裡，劍魚的視網膜溫度能保持在20℃。溫暖的眼睛帶給劍魚敏銳的視覺，在寒冷水域，它對運動圖像的解析度提高7倍以上。

體表阻力係數

要達到最快速度，有了重量和溫度還不夠，還得看你的身材標準不標準，姿勢優秀不優秀。

魚兒的身形各不相同，遊水姿勢也各有特點。細節決定成敗，有時尾鰭的弧度，擺尾的頻率上有一小點兒變化，都能影響到最快速度。

各異的身材泳姿沒法比較，不過有一個數字可以把它們統一起來：體表阻力係數。魚兒破水前行時，會遇到水流帶給身體的阻力。阻力跟身材，速度，姿勢都有關係，在簡化阻力計算時，生物學家引入一個阻力係數做參量，阻力係數越小，阻力也越小。魚兒的體表阻力係數由身形和皮膚特性決定。

舉個例子，汽車行駛時，受到空氣阻力的影響。同樣動力下，阻力越小，速度越快。車身呈流線型的跑車，阻力係數就很小，加速也就越快。魚兒跟車子一樣，方頭方腦的魚兒一看就知道遊不快。

現在來看速度高手的體表阻力係數，風洞測試中，劍魚和旗魚的阻力係數分別為：0.0075和0.0091，金槍魚和梭魚的阻力係數與之相當。而同樣測試下，狗鯊的阻力係數為0.022，鱒魚的阻力係數為0.02，比速度高手的阻力係數要大得多。

體重偏重，體溫高，體表阻力係數小，3個要素成就了海洋裡的速度高手。

天下武功，唯快不破。跟人類刷新短跑速度一樣，海洋裡的速度高手也能一次次刷新衝刺速度。

更高更快更強，追求永無止境。

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參考資料：

1：「A general scaling law reveals why the largest animals are not the fastest」，by Myriam R. Hirt et al., Nature Ecology & Evolution， 2017

2：「Comparative analyses of animal-tracking data reveal ecological significance of endothermy in fishes」，by Yuuki Y. Watanabe, PNAS, 2015

3：「Heat‐producing organ of the swordfish (Xiphias gladius): A modified eye muscle」， by G. De Metrio et al.

4：「Hydrodynamic Characteristics of the Sailfish (Istiophorus platypterus) and Swordfish (Xiphias gladius) in Gliding Postures at Their Cruise Speeds」，by Woong Sagong et al., PLOS ONE, 2013

附：今天更新自然界裡的秘密系列文章，這是第20篇：魚的速度。