世界上最「方」的魚,它們是怎麼在水裡自由穿梭的?

2020-12-05 寰宇科學新觀察

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世界上最「方」的魚叫粒突箱魨,英文名叫yellow boxfish,直譯成中文就是「黃色的盒子魚」。沒錯,從它們的名字就能看出它們有多方。它們的外形看起來就像一個長方體的盒子,並沒有其他魚類那樣的流線身型,看起來很笨拙。你也許會發出疑問,這種魚既鮮豔又笨拙,會不會很容易被捕食者抓到啊?

其實,粒突箱魨一點都不笨拙,這些長方體生物能在珊瑚礁的狹小空間裡來去自如,動作很敏捷,走位夠「風騷」,能快速捕捉到藏在珊瑚礁縫隙裡的小蝦。來自荷蘭瓦赫寧根大學(Wageningen University)的博士生皮姆博特(Pim Boute)說,它們的看似笨拙的體型和靈活的遊泳方式的結合「真的讓人難以置信」。

這種令人難以置信的現象,激發了皮姆博特進行了數十年的研究,研究它們是如何以如此敏捷的方式移動的。鮑特和他的同事們在格羅寧根大學攻讀碩士學位時進行了最新的一次嘗試,並於上周將他們的研究成果發表在英國皇家學會《開放科學》(Open Science)雜誌上。這次嘗試展示了一個未被研究的元素的作用:粒突箱魨的尾鰭。

大多數魚,從小魚到鯊魚,都有柔韌的身體,使它們能在水中靠擺動身體來遊動。粒突箱魨這種魚的體外覆蓋著一層硬邦邦的甲殼,就像一套盔甲,保護它們免受捕食者的攻擊。但這套盔甲也限制了它們的靈活性。因此,如果它們想移動,只能靠魚鰭了。

早在2015年,包括皮姆博特在內的一組研究人員發表了一份研究報告,認為這些甲殼導致一些粒突箱魨物種的身體在水中固有的不穩定。(其他研究得出了相反的結論,認為甲殼上的脊線實際上有助於保持其穩定性。)如果真是這樣,魚鰭不僅能推動和引導魚,使魚在水裡保持穩定。基於之前的研究,以及皮姆博特在水下的觀察,他認為尾鰭對於調節水平面上的偏航-轉彎運動相當重要。

為了驗證這一理論,皮姆博特和他的同事們使用了不帶尾鰭的粒突箱魨的三維塑料模型。(這種替身在這類研究中很常見,因為作用在活魚身上的力很難測量。)他們把每個模型放在一個水箱裡,放在一根使其保持原位的杆子上,然後讓水流過去——就好像它在遊泳一樣——而一個傳感器測量假魚所經歷的旋轉力。

他們反覆地這樣做,多次改變水流的角度。然後他們對模型進行了同樣的測試,但增加了尾鰭。他們試著把魚鰭分為開放和關閉兩種姿勢——當一條粒突箱魨的尾鰭張開時,魚鰭的大小增加了一倍多——然後以一系列的姿勢,從直伸到左右扭結。

研究人員發現,如果沒有尾鰭,粒突箱魨將受水流的支配:如果它沒有附在魚竿上,它將被向左或向右輕推。但是張開的尾鰭使魚穩定下來,不管魚的身體是如何成角度的。一個封閉的尾鰭有一個微妙的效果,抵消了迎面而來的水的不同程度的影響,這取決於魚的位置。測力結果還表明,當尾巴轉動時,魚也會轉動。

這表明,通過打開、關閉和轉動尾鰭,粒突箱魨可以控制不穩定的身體——根據自己想去的地方,傾斜成一定的角度,並進行轉彎。這也強化了這樣一種觀點,即粒突箱魨的形狀天生就搖擺不定,這是皮姆博特所預料的。

眾所周知,不管是天上飛的,還是水裡遊的,流線型的身體能有效地減少阻力,讓動物能更靈活地移動。但粒突箱魨顯然不關心阻力的問題,畢竟它們有強大的發動機——尾鰭,就算身體是方的,也能推動它們的身體在水裡自由穿梭。

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