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魚類如何運用感覺器官在水中求生？
本帖最後由 jiunn36 於 2018-6-18 10:40 AM 編輯魚的種類十分豐富﹐約有2萬6000種﹐約佔脊椎動物種數目的一半﹐而魚類的棲息地也相當多樣﹐在深達1萬1000公尺的太平洋馬里亞納海溝﹐或在海拔高達3200公尺的中國青海湖﹐都可找到魚類的蹤跡﹔有些魚類可以生活在沿海地區高溫38℃的潟湖裡﹐有些魚類卻可優游於南﹑北極的零下低溫水域裡。
魚類的棲地如此多變﹐因此牠們面臨各種環境帶來的天擇壓力﹐研究魚類感覺生理的學者經過長久的研究後發現﹐魚類主要是依賴聽覺﹑側線覺﹑視覺﹑嗅覺﹑味覺以及電覺這六大感覺系統﹐來偵測環境中同種﹑異種魚類或各種訊號﹐以確保個體的生存以及種族的繁衍。
以海鮮餐廳常見的砂鍋魚頭這道菜的主角「鯉魚」為例﹐鯉魚是鯉科中的一種淡水魚﹐在牠兩眼後上方的頭顱內各有一個內耳(見下圖)﹐內耳裡分佈許多聽覺細胞﹐會透過與「耳石」(鈣化組織)的相互作用來感受水中的聲音。許多魚類在求偶或捍衛領域時﹐會發出聲音以取得異性的青睞或嚇退入侵者﹐因此具有良好的聽力﹐是魚類要活存下去所不可或缺的。
科學家研究發現﹐若按照魚類聽覺能力的好壞來區分﹐可分為聽覺特化型與普通型兩大類。聽覺特化型的代表種類為鯉魚及鯰魚(都是屬於骨鰾魚類)﹐牠們的聽覺音頻範圍可以從200赫茲(Hz, 每秒的週波數)到8000赫茲﹐而最靈敏的聽覺閾值約在60分貝左右。聽覺普通型的代表如吳郭魚的鯛類﹐牠們的音頻範圍局限於200~1000赫茲﹐而最靈敏的聽覺閾值則高達90分貝以上。
聽覺特化型的魚類之所以有較好的聽覺﹐主要是透過一串由脊椎骨特化的小骨連接內耳與氣鰾﹐當氣鰾裡的氣體受到穿透身體的音波而壓縮及膨脹後﹐會產生共振波﹐經由連接的小骨傳送到內耳﹔沒有這種助聽構造的魚類﹐聽力就較差。
1998~2000年間﹐美國肯塔基大學帶領的研究團隊﹐開發出一套「聽覺腦幹激發腦波」的測試方法﹐對上述的骨鰾魚類之所以有較好的聽覺能力﹐首次提供了解剖結構與電生理功能相關性的證據。當魚耳內的感受細胞聽到聲音後會產生電流訊號﹐這些訊號會沿著分佈在腦幹上的聽覺網絡系統﹐上傳到中腦區進行解析。這套測試方法的好處在於我們只要看是否能產生聽覺腦波﹐就可知道魚兒是否能聽到某一波長和音壓的聲音﹔而且這個測量的方法所需要的時間很短﹐受測試的魚兒只需進行短暫的麻醉﹐不會造成傷害的﹐這套方法已經成為國際上研究魚類聽覺生理的標準程序。
魚體的左右兩側各有一條稱為「側線」的線狀結構﹐在顯微鏡下看﹐這類構造其實是鱗片上連串開口造成的視覺效果。開口下方連接著水管狀的構造﹐管內分佈有「管神經丘」﹐由於開口可允許水流的進出﹐因而管狀神經丘的功能是在偵測管內外壓力的差異﹐從而感知魚體周遭水壓的變動。另一方面﹐在魚體表的鱗片上也佈滿稱做「自由神經丘」的結構﹐主要功能為感知水流的速度。透過側線系統對水壓及流速的偵測﹐魚類可以知道水中低頻震動的來源而採取必要的對應措施﹐例如﹐若是水鳥踩水而造成震動﹐魚兒可做出必要的逃離行動﹔而底棲生物的蠕動則會吸引魚兒去攝食。
1994年﹐研究人員生利用鈣離子管道阻斷劑處理鯽魚的側線﹐並用夜視鏡觀察發現這些鯽魚已經完全喪失了「群游」的能力﹐證明魚類的側線在夜間「魚類群游」時﹐扮演了很重要的功能。此外﹐實驗室在1997年發現﹐雌的立帆摩莉(花鱂魚科的一種)在擇偶時﹐會偏好雄魚給她側線最大的刺激。由於雄魚在做「求偶展示」時﹐必須緊貼著母魚做S形的擺動﹐因而雄魚擺動幅度的大小﹐會傳遞給雌魚這尾雄魚體力好壞的訊息﹐因此﹐側線成為雌魚在擇偶時丈量雄魚身體是否強壯的工具。
魚類眼睛的功能跟人類一樣﹐用來成像和辨別色彩﹐魚眼睛底部的視網膜上面分佈有兩種感光細胞﹐桿細胞負責明暗訊號的解析﹐而錐細胞的功能則是感受色彩訊號。在實驗室裡使用顯微分光譜儀的生物化學反應﹐以及視網膜電圖的電生理這兩種方法來研究魚類的視覺能力。由於不同波長的色光被水吸收的程度會因深度而異﹐因而棲息在不同深度的魚類﹐對不同波長的色光有靈敏度的差異﹐是項很有趣的研究。
2006年研究人員以棲息於清澈河川的粗首鱲(鯉科)﹑棲息於混濁河口區的豆仔魚(鯔科)以及棲息於沿海的川紋笛鯛(笛鯛科)為材料﹐研究水中的光環境對魚類視覺能力的影響。結果發現﹐粗首鱲除了對紅﹑綠﹑藍這三原色很敏感外﹐還可以感受到紫外光。由於粗首鱲只棲息於清澈溪流的表層水域﹐因而來自陽光的紫外光仍可穿透水流﹐可被粗首鱲感受到﹐對粗首鱲而言﹐能感受到紫外光的好處是可增加攝食的生物種類(如水生昆蟲)與背景光環境的對比﹐從而容易分辨餌料生物的所在。
而豆仔魚卻只有紅﹑綠﹑藍這三原色的色覺﹐缺乏對紫外光敏感的錐細胞﹐主要是河口地區混濁的水中充滿有機及無機的懸浮粒子﹐會將紫外光散射或吸收﹐豆仔魚因而演化出不會感受紫外光的眼睛。
川紋笛鯛在幼魚期(體長約3.5公分)時﹐對綠光及紫光很敏感﹔然而一旦成長到成魚期(體長約8.2公分)﹐就只對藍光及紫光敏感﹐對綠光的敏感度相對的減弱了。這種最大吸收波長由513奈米(綠光)向較短波長492奈米(藍光)移動的視覺生理變化﹐稱為「光譜位移」。這種位移現象的發生﹐主要是幼魚在表層海域成長時的水體﹐仍有許多綠光可穿透﹐因而幼魚對綠光很敏感﹔然而隨著魚體的成長﹐川紋笛鯛開始向深水域移動﹐由於綠光無法穿透超過100公尺的深度﹐只剩藍光可達100公尺以下的水體﹐因而川紋笛鯛做了很美妙的「光譜位移」生理適應﹐以應付環境加諸在牠們身上的天擇壓力。
魚的頭部吻端兩邊﹐各有一個具前﹑後開口的鼻腔﹐鼻腔內有感覺表皮﹐上面則佈滿了負責嗅覺作用的嗅覺細胞。魚類就是靠著這些嗅覺細胞偵測水體中餌料生物的所在﹐或是同種異性間所釋放的性費洛蒙﹐做為擇偶時判定的依據。許多鯉科魚類在皮膚上分佈有「棒狀細胞」﹐當表皮因受獵食者攻擊而受傷時﹐儲藏在「棒狀細胞」內的化學警告物質就會釋放出來﹐在鄰近水域的同種魚類可以用鼻腔內的嗅覺細胞﹐偵測到同伴受傷時釋放出來的化學警告物質﹐從而採取必要的避敵行為。
2003年時在美國肯塔基州東邊採礦洗煤後酸化的溪水﹐會如何影響肥頭鯽的嗅覺反應﹐因而以pH值為6﹑5﹑4的酸化溪水﹐各灌流肥頭鯽鼻腔10分鐘後﹐再以「電嗅圖」的電生理測定方法﹐量取牠們對同種魚的化學警告物質的反應程度。結果發現﹐鼻腔一旦被pH4的溪水灌流10分鐘後﹐就完全失去嗅覺的功能﹐由此可見酸雨可能對水族魚類的負面影響。
魚口腔周圍分佈許多的味蕾細胞﹐負責偵測味覺﹐更奇特的是有些魚類(例如鯰魚)在皮膚上也分佈許多的味蕾細胞﹐研究者推測這應該與鯰魚類絕佳的味覺能力有關。不過﹐在魚類感覺能力的研究上﹐有關味覺能力的研究是最少的﹐因而我們對魚類味覺能力所知有限。
土虱魚的頭部及腹部前半部的兩側皮膚上﹐分佈許多開孔很小的結節狀電覺受器﹐功用就像鯊魚吻端的電感受器一樣﹐都是用來偵測環境中活體動物產生的電場﹐以協助覓食或躲避敵害。所有鯰科魚類都擁有結節狀電覺受器﹐這是一種被動式的電場偵測系統﹐但是電鰻目(分佈於中南美洲)和象鼻魚亞目(分佈於非洲)這兩大類的魚﹐則透過特化的肌肉或神經組織﹐在尾柄的部位產生可以釋放電流的電細胞。在經由腦部的節拍器控制並由動作神經的協調下﹐所有的電細胞可以同時放電﹐將電流送到體外。
這種以主動的方式產生體外電場的好處﹐在於這些能產生弱電場(約僅10~20毫伏特)的魚﹐就像配備了一個隱形的攜帶式雷達。環境中可導電的物質(如金屬或生物)以及不可導電的物質(如石頭或樹幹)﹐對電場所能產生的干擾必然有所不同﹐這些弱電魚兒可藉由電場變動的程度﹐做出逃避或攝食的動作﹔而電訊號的多樣性也是種內雌﹑雄辨別﹑社會順位競爭﹑領域保衛以及種間識別的重要訊號。
1997年﹐來自加拿大的博士後研究員威斯登(Brian Wisenden﹐目前是明尼蘇達州立大學副教授)無意中發現﹐弱電魚在被獵食者追殺時﹐放電頻率瞬間會增高3~4倍。當我們把這些有驚嚇反應的放電訊號﹐持續播放到沒有獵食者存在的水族缸中﹐約兩分鐘後﹐缸裡的弱電魚都開始表現鑽沙的躲避敵害行為﹐這種反應命名為「電氣警告訊號」﹐它的作用與化學警告訊號很相似。
...<div class='locked'><em>瀏覽完整內容，請先 <a href='member.php?mod=register'>註冊</a> 或 <a href='javascript:;' onclick="lsSubmit()">登入會員</a></em></div><div></div> 長知識了 但看不太久就對了.. 魚類沒有痛覺，但最敏感的是牠的水線。牠可以感覺水的流動，由此測出身旁的其他生物。然而，它不會思考，只能作本能反應。因此它的感覺只限於對水的流動和溫度，其他的知覺非常微弱。 萬物自有活出自己的出路，長知識～ 魚類的感官也是很先進的，可以感知環境的變化<br><br><br><br><br><div></div>
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