物理评论:鱼探测水流的“第六感”之谜揭开 侧线压力运动感

顾汉现

作者：Jun Zhang

来源：《物理评论快报》

发布时间：2015/1/21 11:30:08

鱼探测水流的“第六感”之谜揭开



鱼有一种能探测水流的“第六感”。最近，一个科研小组通过模拟实验揭示了这种第六感是怎样发挥作用的。这一发现有助于揭开一个长久以来的谜：水生生物是怎样对它们的环境作出反应的。相关论文发表在最近出版的《物理评论快报》上。论文解释了传感系统是如何进化到与物理法则相符，还提供了一个如何构造传感网络的框架。

鱼能根据其周围水流环境的变化作出反应，避开障碍物，利用漩涡或涡流之间的回旋减少游泳耗力，在看不到目标猎物的情况下，跟踪猎物游过所造成的水流变化等。

据物理学家组织网近日报道，为了探索鱼是怎样利用水流信息的，研究小组把重点集中在鱼的“侧线”上，侧线是一个由感觉器官组成的系统，能探测其周围水流的运动和振动，侧线的感觉管道经由一系列小孔与环境相通。他们特别研究了这些管道沿身体分布的位置，它们的位置有助于解释鱼的第六感是怎样发挥作用的。比如，从盲眼洞穴鱼（blind cave fish）头部的管道密度来看，非常适于探测障碍物。

为了检验这一理论，研究人员制作了一个虹鳟鱼的塑料模型，并复制了鱼的管道位置，还装置了照明标记，用来探测周围水流的速度。他们把模型鱼放在人工仿造的真实水生环境中，进行了一系列测试，包括水流变化造成的水压改变，或模仿“猎物”的出现，以检查管道放在哪里对水压变化的相关性最强。结果表明，正像他们预测的那样，管道系统在身体上集中的部位正是压力变化强烈的地方。正像电视或无线电天线在设计上要适于捕捉电磁信号，鱼的侧线管道系统就像安装在身体表面的天线，其配置能灵敏地反应压力变化。

“我们在一种很普遍的鱼身上发现了这种独特的水流传感设计。”论文合著者、美国纽约大学库兰特数学科学学院副教授雷弗·里斯托夫解释说，“这些传感器网络就像一种‘水力天线’，让鱼能获取水流信号，并在各种行为中利用这些信息。”

研究小组所用的精细模型是在专业动物标本制作师的帮助下开发出来的，使他们能首次记录这些数据。

“你不能把压力传感器放在一条活鱼上还指望它能行为正常。”论文另一作者、佛罗里达大学惠特尼海洋生物科学实验室副教授詹姆斯·廖说，“这是一种创造性方法，用工程和物理学回答了其他方法无法回答的生物学问题。”

http://journals.aps.org/prl/abst ... sRevLett.114.018102