我們對狙擊手往往有著這樣的印象：他們冷酷、沉穩、一擊制敵，可以臥在草叢裡幾個小時一動不動，只為扣動扳機那一剎那的絕代風華。在東南亞的水域中也出沒著這樣一群狙擊高手，它們卓絕的技藝甚至更勝人類，這些神射手就是射水魚（Toxotes jaculatrix）。近日，來自德國拜羅伊特大學（University of Bayreuth）的斯特凡·舒斯特（Stefan Schuster）為我們揭開了射水魚每一次精確射擊背後的奧秘，研究論文發表在《當代生物學》（Current Biology）上。
射水魚，顧名思義，是一類依靠從口腔中噴出「水彈」，從遠距離擊落獵物，再輕鬆撲殺落水獵物的技術流捕食達人。它們的身長只有不足20cm，但是射程可以達到兩米左右。舒斯特對射水魚的捕食過程非常感興趣。「為了擊落獵物，射水魚必須快速地完成發力過程，迅速地把水彈擊出，但是它們怎麼可能做到擁有2米這樣恐怖的射程呢？為了回答這個問題，我們決定仔細研究射水魚射擊過程的各個細節，尤其是水彈在空中的運行軌跡。」舒斯特對果殼網說。
射水魚射水的慢動作特寫。製圖：酥酥 原視頻來源：Current Biology, Gerullis et al.
要完成這個任務，舒斯特需要用攝像機快速捕捉水彈的路徑和射水魚口腔的情況。舒斯特對射水魚進行了特訓——射水魚必須在長20cm，寬8.5cm的特定「泳道」中完成射擊，以便於拍攝。起初射水魚並不會在泳道中停留，但是如果它們在泳道外進行射擊，水彈將會被聚氯乙烯（PVC）板擋住；而如果它們在泳道內完成規定動作，則被發放食物作為獎勵。久而久之，所有的射水魚都只在泳道內捕食，它們的每一個動作都能被攝像機在最佳的角度紀錄下來。
這場特訓是舒斯特在本次實驗中面對的最大挑戰。「對於我們的實驗魚來說，最大的難點無疑是要讓它們在規定的位置進行射擊，而且得在強烈的光照幹擾下完成——我們需要這樣的光線來保障攝影質量。」舒斯特向果殼網介紹道，「在經歷這樣的訓練後，我們不但能對魚的位置和其射擊方向有了充足的了解，還能夠在高解析度的攝影下抓住一些細節，如射擊時魚的口腔直徑和射出水彈的詳細軌道等。」
在一次射擊過程中，射水魚首先會迅速地壓縮自己的鰓蓋，在口腔中形成一個「槍膛」式的結構。這個「槍膛」的上半部分為上顎的一個凹槽，下半部分則由舌頭上突出的一個硬脊填充。水彈由於在噴射前先經過這樣的槍膛而高度聚集，射水魚對精確性的把握也因此增加。類似結構也存在於哺乳動物的「水槍」——男生上洗手間時應該深有體會。
射水魚口腔圖。G（Groove）：上顎的一個凹槽；R（Ridge）：舌頭突出的脊； T（Tongue）：舌頭。圖片來源：Thomas Schlegel , Christine J. Schmid, Stefan Schuster (2006) Current Biology
經過對「水彈」路徑的研究，舒斯特發現射水魚會針對不同高度的目標靈活地調節射擊力度，來保證射出的水流在擊中目標前完成聚集，變為一顆「水彈」，增強了其衝擊力，使得射水魚的射擊效率最大化。舒斯特對水彈的表面張力進行了檢測，結果發現其與正常的水別無二致，這也意味著射水魚完全是就地取材，它們的水彈中是沒有「加料」的。對這樣的結果，舒斯特也頗感意外：「我們本來預期射水魚通過某些化學途徑改變了水的粘度，結果卻顯示，射水魚完成射擊靠的是純粹的物理方法。針對不同高度的獵物，他們的射出的水流不是單純的在固定位置聚集，而是靈活地調整，在擊中目標前才轉化為水彈。」
圖為射水魚射擊60cm高的獵物時，水在空中的運行路徑。左側為水流在30cm前還以正常的流體形式存在，而右圖則顯示在擊中目標的一瞬間，相對較晚離開口腔的水「追上」了較早出腔的部分，完成水彈聚集。圖片來源：Peggy Gerullis and Stefan Schuster (2014) Current Biology
舒斯特進一步對射水魚的口腔進行分析，結果發現射水魚在每一次出擊時，其上顎都嚴格地固定在水的表面，在進行統計的313次射擊中，射水魚的上顎沒有發生過任何一次的垂直位移。它們只會稍微進行水平位移來進行瞄準，然後針對不同高度的獵物調整射擊角度。這些數據再次證明了射水魚的穩定和精準。這樣驚人的「心理素質」或許是得益於複雜的自然環境——在真正的野外環境下，進入射水魚射程並且能夠被擊落、適合食用的獵物是比較稀少的。為了生存，它們必須擁有這樣的射擊效率。「我認為水射流切割技術或許可以因此而改進。為了加強切割效率，我們通常會採用添加研磨劑或者增加水壓的方式，但是如果能夠像射水魚一樣把水射流的力量集中在一點，我們可能會從這項技術中收益更多。我們希望能夠參與到這項具體的改進工作中。」
射水魚堪稱大自然中最具天賦的射手，它們的冷靜與精準令人咋舌。舒斯特希望繼續鑽研射水魚這些天賦背後的秘密。「我們想要知道，這樣的射擊能力對射水魚大腦的演化有著怎樣的影響。投擲能力是人類有別於其他動物的一項特殊才能。我們能對投擲時間做精確計算。」舒斯特說，「人們普遍認為，這項能力使我們的腦容量擴增，因為我們需要更多的神經元來保障這樣的精準。這樣的推論或許也可以應用到射水魚身上。」
此外，對這些射手好奇不已的舒斯特透露：「射水魚是如何這麼好地固定其射擊位置和角度，又如何只靠噴嘴就改變了水流的路徑，也都是讓人興奮不已的研究方向。」（編輯：Calo）
射水魚射水捕食的全過程。視頻來源：Ingo Rischawy Schuster lab, University of Bayreuth
參考文獻： Gerullis and Schuster, Archerfish Actively Control the Hydrodynamics of Their Jets, Current Biology (2014) Thomas Schlegel , Christine J. Schmid, Stefan Schuster, Archerfish shots are evolutionarily matched to prey adhesion, Current Biology (2006) 文章題圖： Ingo Rischawy (Schuster lab, University of Bayreuth)