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【论文故事】射水鱼:这是特别的喷水技巧!
浏览: 发布日期:2020-02-15

在东南亚和澳洲地区,有一种可爱的海洋动物,它调皮好动,机灵敏捷,爱吃动物性饵料,尤其偏爱生活在水外的小昆虫。另外,在自然环境中,水面附近的昆虫也是它的捕食对象。

我们对狙击手往往有着这样的印象:他们冷酷、沉稳、一击制敌,可以卧在草丛里几个小时一动不动,只为扣动扳机那一刹那的绝代风华。在东南亚的水域中也出没着这样一群狙击高手,它们卓绝的技艺甚至更胜人类,这些神射手就是射水鱼(Toxotes jaculatrix)。近日,来自德国拜罗伊特大学(University of Bayreuth)的斯特凡·舒斯特(Stefan Schuster)为我们揭开了射水鱼每一次精确射击背后的奥秘,研究论文发表在《当代生物学》(Current Biology)上。

射水鱼的喂食要点

2014-09-18 16:04:35by Nemo射水鱼的捕食方式非常特别,科学家们也一直在研究,为什么射水鱼能够通过如此特别的方式来捕食猎物呢?小编就来告诉你。其实射水鱼更喜欢吃动物性饲料,特别是在水外的昆虫。

图片 1 射水鱼

射水鱼的捕食方式非常特别,科学家们也一直在研究,为什么射水鱼能够通过如此特别的方式来捕食猎物呢?小编就来告诉你。其实射水鱼更喜欢吃动物性饲料,特别是在水外的昆虫。

在自然环境中,水面附近的树枝、草叶上的苍蝇、蚊虫、蜘蛛、蛾子等等小昆虫,都是射水鱼的捕捉对象。射水鱼是自然界的神射手,作为一种鱼它们的确与众不同,因为它们相中的猎物在水面上方,而它们有一种特殊的捕猎方式。

射水鱼的秘密武器藏在嘴里,它用舌头抵住口腔顶部的一个特殊凹槽形成管道,就像水枪的枪管一样,更确切的说是玩具水枪的枪管。当鳃盖突然合上的时候,一道强劲的水柱就会沿着管道被推向前方,射程可达1米。这时,舌尖起到了活阀的作用,使射水鱼朝着正确的方向喷射水柱。如果第一次没有成功,射水鱼还会一试再试,它们可以连续发射几道水柱,然后再补充弹药。任何射手都需要不断磨练,熟能生巧。

比起其他许多鱼类,射水鱼的眼睛更偏向前方,双目并用可以帮助它们准确地判断猎物的位置。此外,它们的眼睛还可以转动,紧紧盯住猎物。射水鱼的背部平坦,这就意味着它们能够尽可能的贴近水面。依靠特殊的鳍,它们还能够在水中盘旋。不过在水里捕捉空中猎物有一个大问题——折射,要想命中目标,射水鱼必须克服这个问题。从水下往上看,一切事物的位置都发生了偏移,射水鱼从一侧看到的苍蝇位置与实际位置之间是有差别的。但是有一个地方不会受到影响——苍蝇正下方。此时,“狙击手”就会锁定目标发射弹药。

即便射水鱼可以解决物理上的问题,它们的猎物仍有可能死里逃生,这时候射水鱼的另一项特殊本领就要派上用场了。这位生活在水下的居民并不介意暂时离开水面,它们可以跃出水面近30厘米抓住猎物。

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我们对狙击手往往有着这样的印象:他们冷酷、沉稳、一击制敌,可以卧在草丛里几个小时一动不动,只为扣动扳机那一刹那的绝代风华。在东南亚的水域中也出没着这样一群狙击高手,它们卓绝的技艺甚至更胜人类,这些神射手就是射水鱼。射水鱼,顾名思义,是一类依靠从口腔中喷出“水弹”,从远距离击落猎物,再轻松扑杀落水猎物的技术流捕食达人。它们的身长只有不足20cm,但是射程可以达到两米左右。

射水鱼,顾名思义,是一类依靠从口腔中喷出“水弹”,从远距离击落猎物,再轻松扑杀落水猎物的技术流捕食达人。它们的身长只有不足20cm,但是射程可以达到两米左右。舒斯特对射水鱼的捕食过程非常感兴趣。“为了击落猎物,射水鱼必须快速地完成发力过程,迅速地把水弹击出,但是它们怎么可能做到拥有2米这样恐怖的射程呢?为了回答这个问题,我们决定仔细研究射水鱼射击过程的各个细节,尤其是水弹在空中的运行轨迹。”舒斯特对果壳网说。

射水鱼,一双大大的水泡眼,可以在行动时发挥重要作用。它的眼内有一条条可以转动的竖纹,当身体游动时,这对大眼既可以观察水面的动态,又能敏锐地捕捉到空气中物体的行踪。只要发现了美味的食物,就会立即摆动鱼鳍,迅速向目标靠近,利用口中喷出的水柱来击中目标。它的战利品往往包括飞蛾、苍蝇、蜜蜂等空中飞舞的小昆虫,如果有人胆敢靠近,它甚至可以射伤人的眼睛,可见其喷射“水弹”的威力之大。对于射水鱼的绝招,很多人都会感觉惊讶:看起来毫不起眼的一条小鱼,怎么会拥有如此高超的本领呢?科学家研究表明,射水鱼的水弹之所以“百发百中”,缘于它在发现目标时,会自动调整水对光线产生的折射作用,然后让身躯保持垂直状态,集中所有的精力来瞄准目标,保证水弹的垂直发射,才能将食物准确收入囊中。也就是说,小小的射水鱼之所以总是能够大获全胜,其实得益于两个字:专注。如果它一会儿想要击落苍蝇,一会儿又想击落蜜蜂,什么都想要,或许就什么也得不到了。如果我们心中有了一个目标,学习射水鱼的专注,就会同样走在通往成功的路上。鱼根据其与目标的距离,鱼嘴里开启和关闭的速度变化改变水向外流的速度和稳定性。慢慢打开和关闭能稳定水流并降低其加速度,喷出一长段水柱,对猎物造成最大冲击力。当两只昆虫出现在视野中并不会干扰射水鱼捕猎,它们会先击落距离最近的昆虫。从仿生学角度,射水鱼的这项特技可以用于喷墨打印机的制造,调节喷头宽度可以控制墨迹行踪。射水鱼在射击过程中,射水鱼首先会迅速地压缩自己的鳃盖,在口腔中形成一个“枪膛”式的结构。这个“枪膛”的上半部分为上颚的一个凹槽,下半部分则由舌头上突出的一个硬脊填充。水弹由于在喷射前先经过这样的枪膛而高度聚集,射水鱼对精确性的把握也因此增加。类似结构也存在于哺乳动物的“水枪”——男生上洗手间时应该深有体会。射水鱼会针对不同高度的目标灵活地调节射击力度,来保证射出的水流在击中目标前完成聚集,变为一颗“水弹”,增强了其冲击力,使得射水鱼的射击效率最大化。射水鱼在每一次出击时,其上颚都严格地固定在水的表面,它们只会稍微进行水平位移来进行瞄准,然后针对不同高度的猎物调整射击角度。这些证明了射水鱼的稳定和精准。这样惊人的“心理素质”或许是得益于复杂的自然环境——在真正的野外环境下,进入射水鱼射程并且能够被击落、适合食用的猎物是比较稀少的。但为了生存不得已而为之,它们必须拥有这样的射击效率!

图片 2射水鱼射水的慢动作特写。制图:酥酥 原视频来源:Current Biology, Gerullis et al.

要完成这个任务,舒斯特需要用摄像机快速捕捉水弹的路径和射水鱼口腔的情况。舒斯特对射水鱼进行了特训——射水鱼必须在长20cm,宽8.5cm的特定“泳道”中完成射击,以便于拍摄。起初射水鱼并不会在泳道中停留,但是如果它们在泳道外进行射击,水弹将会被聚氯乙烯(PVC)板挡住;而如果它们在泳道内完成规定动作,则被发放食物作为奖励。久而久之,所有的射水鱼都只在泳道内捕食,它们的每一个动作都能被摄像机在最佳的角度纪录下来。

这场特训是舒斯特在本次实验中面对的最大挑战。“对于我们的实验鱼来说,最大的难点无疑是要让它们在规定的位置进行射击,而且得在强烈的光照干扰下完成——我们需要这样的光线来保障摄影质量。”舒斯特向果壳网介绍道,“在经历这样的训练后,我们不但能对鱼的位置和其射击方向有了充足的了解,还能够在高分辨率的摄影下抓住一些细节,如射击时鱼的口腔直径和射出水弹的详细轨道等。”

在一次射击过程中,射水鱼首先会迅速地压缩自己的鳃盖,在口腔中形成一个“枪膛”式的结构。这个“枪膛”的上半部分为上颚的一个凹槽,下半部分则由舌头上突出的一个硬脊填充。水弹由于在喷射前先经过这样的枪膛而高度聚集,射水鱼对精确性的把握也因此增加。类似结构也存在于哺乳动物的“水枪”——男生上洗手间时应该深有体会。

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