旗魚給自己塗油以破水前進

“劍”後方的潤滑腺可能有助於解釋這種神秘魚類的游泳力學和速度

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旗魚是無齒的獵手,它們的眼睛可以長到壘球那麼大。這種珍貴的遊釣魚擁有一根鋒利、扁平的喙,長度可達其身體其餘部分的一半,並以其在被鉤住時經常壯觀地躍出水面而被稱為海洋中最快的魚。現在,在喙後方發現的一個潤滑腺可能可以解釋旗魚如何如此快速地切開水面,並可以為仿生學低摩擦表面提供靈感。

事實證明,旗魚非常難以研究。它們無法在圈養條件下繁殖,並且在捕捉、標記和放生它們的過程中經常受傷。人們普遍報道它們的速度高達每小時 100 公里,但這些驚人的速度估計是基於 20 世紀中期有缺陷的研究,它們的真正最大速度仍然未知。甚至連那根同名的劍的目的也存在爭議,一些研究人員認為它主要是一種狩獵武器,而另一些研究人員則認為它主要用於減少魚類游泳時的阻力。

正是因為這種不確定性,荷蘭格羅寧根大學的海洋生物學榮譽教授約翰·維德勒抓住了 1996 年在科西嘉島購買兩條旗魚的機會。他將它們裝在冰裡,帶到格羅寧根一家配備磁共振成像 (MRI) 機器的學術醫院。儘管當時是半夜,技術人員還是自願進來進行掃描。“五點過後,我們停止了,”維德勒說。“它開始散發氣味,因為你不能對冷凍的旗魚進行核磁共振掃描。我們有[空氣清新劑]——森林香味——我們對著整個劇院噴灑,因為第一批病人會在 6:30 到來,我們必須讓它保持清新。”在離開醫院的路上,一條旗魚的喙撞到了一扇門,在眼睛上方折斷了。


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二十年後,另一組人發表的一篇論文使用不同旗魚的計算機斷層掃描 (CT) 掃描,以瞭解這根劍的機械特性,從而推斷其功能。該研究發現,在喙連線到頭部的地方後面有一個薄弱點。維德勒聽說了這件事,想起了他那條旗魚的喙是如何斷裂的,然後回到了核磁共振影像。這些影像,以及解剖和其他證據,揭示了劍的根部存在一個腺體,該腺體透過魚頭前部的毛細血管網路分泌潤滑油。人們認為,這種油可能有助於減少魚在水中滑行時的阻力,而魚的最大長度可達 4.5 米。

人們早已知道旗魚具有多種減阻適應能力。喙的表面具有與高爾夫球上的凹坑類似的粗糙度。劍也是多孔的,這有助於平衡其表面不同區域的壓力。維德勒說,如果高爾夫球既有凹坑又是多孔的,它們會飛得更好,而這篇論文發表在《實驗生物學雜誌》上,表明充分了解這種油的作用可能有助於建立低阻力表面。

油腺與運動的聯絡似乎很明顯,但並非所有人都確信它完全與速度有關。“它們有這種油腺並且可以減少摩擦是非常有趣的,但我不會必然在這些超高速的背景下看待這一點——我會在提高運動效率的背景下看待這一點,”柏林洪堡大學的魚類生態學家 Jens Krause 說,他與維德勒的研究無關。“[該研究是]在記錄旗魚具有的流體動力學優勢方面向前邁出的有趣一步,”克勞斯說。

那麼維德勒在 1996 年購買的第二條旗魚呢?當被問及它是否成為選單上的選擇時,他回答說:“不,不,我們沒吃它。我不喜歡旗魚。我喜歡魚,但旗魚太乾了。”他讓他的學生解剖了另一條魚。

About Karl J. P. Smith

Karl J.P. Smith is a AAAS Mass Media Fellow and current PhD candidate in biophysics, computation, and structural biology at the University of Rochester. He is the typewriting storyteller behind the 10 cent story project and is the co-creator of the Bench Warmer's Podcast.

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