旗鱼给自己涂油以破水前进

“剑”后方的润滑腺可能有助于解释这种神秘鱼类的游泳力学和速度

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旗鱼是无齿的猎手,它们的眼睛可以长到垒球那么大。这种珍贵的游钓鱼拥有一根锋利、扁平的喙,长度可达其身体其余部分的一半,并以其在被钩住时经常壮观地跃出水面而被称为海洋中最快的鱼。现在,在喙后方发现的一个润滑腺可能可以解释旗鱼如何如此快速地切开水面,并可以为仿生学低摩擦表面提供灵感。

事实证明,旗鱼非常难以研究。它们无法在圈养条件下繁殖,并且在捕捉、标记和放生它们的过程中经常受伤。人们普遍报道它们的速度高达每小时 100 公里,但这些惊人的速度估计是基于 20 世纪中期有缺陷的研究,它们的真正最大速度仍然未知。甚至连那根同名的剑的目的也存在争议,一些研究人员认为它主要是一种狩猎武器,而另一些研究人员则认为它主要用于减少鱼类游泳时的阻力。

正是因为这种不确定性,荷兰格罗宁根大学的海洋生物学荣誉教授约翰·维德勒抓住了 1996 年在科西嘉岛购买两条旗鱼的机会。他将它们装在冰里,带到格罗宁根一家配备磁共振成像 (MRI) 机器的学术医院。尽管当时是半夜,技术人员还是自愿进来进行扫描。“五点过后,我们停止了,”维德勒说。“它开始散发气味,因为你不能对冷冻的旗鱼进行核磁共振扫描。我们有[空气清新剂]——森林香味——我们对着整个剧院喷洒,因为第一批病人会在 6:30 到来,我们必须让它保持清新。”在离开医院的路上,一条旗鱼的喙撞到了一扇门,在眼睛上方折断了。


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二十年后,另一组人发表的一篇论文使用不同旗鱼的计算机断层扫描 (CT) 扫描,以了解这根剑的机械特性,从而推断其功能。该研究发现,在喙连接到头部的地方后面有一个薄弱点。维德勒听说了这件事,想起了他那条旗鱼的喙是如何断裂的,然后回到了核磁共振图像。这些图像,以及解剖和其他证据,揭示了剑的根部存在一个腺体,该腺体通过鱼头前部的毛细血管网络分泌润滑油。人们认为,这种油可能有助于减少鱼在水中滑行时的阻力,而鱼的最大长度可达 4.5 米。

人们早已知道旗鱼具有多种减阻适应能力。喙的表面具有与高尔夫球上的凹坑类似的粗糙度。剑也是多孔的,这有助于平衡其表面不同区域的压力。维德勒说,如果高尔夫球既有凹坑又是多孔的,它们会飞得更好,而这篇论文发表在《实验生物学杂志》上,表明充分了解这种油的作用可能有助于创建低阻力表面。

油腺与运动的联系似乎很明显,但并非所有人都确信它完全与速度有关。“它们有这种油腺并且可以减少摩擦是非常有趣的,但我不会必然在这些超高速的背景下看待这一点——我会在提高运动效率的背景下看待这一点,”柏林洪堡大学的鱼类生态学家 Jens Krause 说,他与维德勒的研究无关。“[该研究是]在记录旗鱼具有的流体动力学优势方面向前迈出的有趣一步,”克劳斯说。

那么维德勒在 1996 年购买的第二条旗鱼呢?当被问及它是否成为菜单上的选择时,他回答说:“不,不,我们没吃它。我不喜欢旗鱼。我喜欢鱼,但旗鱼太干了。”他让他的学生解剖了另一条鱼。

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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