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旗魚劍魚金槍魚,為什麼能遊那麼快?
由 法蘭西is培根 發表于 遊戲2021-06-26
簡介來看海洋速度高手的體重,成年旗魚50~100公斤,劍魚70~120公斤,金槍魚中藍鰭金槍魚最大,平均220公斤
劍魚是什麼魚圖片
飛得最快的鳥是遊隼,跑得最快的哺乳動物是獵豹,遊得最快的魚是誰?
“
旗魚,最高速度每秒35米
。”給出答案的你先等等,來聽一個衝刺的故事。
馬薩諸塞大學的遠洋研究實驗室,一直在觀測記錄大型海洋生物,金槍魚、旗魚、海龜的生態活動。實驗室給藍鰭金槍魚的背鰭上安裝監測速度和位置的微型記錄儀,儀器用於短期採集資料,跟隨金槍魚巡遊
1
個月後自動脫落。掉落的記錄儀漂浮到海面上會發出訊號,跟實驗室合作的漁民看到訊號後能及時回收脫落的儀器。
剛過
1
個星期,漁民送來第
1
份記錄儀。儀器原本裝在一條
400公斤
的藍鰭金槍魚身上,現在被撕裂了,掉到海里。下載了記錄儀裡的資料後,實驗室震驚了。儀器脫落的原因是因為金槍魚遊得太快了,扯掉了附著在背鰭上的記錄儀,它的速度達到
64米/秒
。
金槍魚
64米/秒
的速度超過旗魚記錄將近
2
倍,只是金槍魚的速度僅是瞬時衝刺速度,不能長久保持。
還有比金槍魚更快的魚嗎?生物學家沒法記錄每一條魚的衝刺速度,做不到精確比較。不過魚類的速度高手有張公認的榜單,在遊得最快的魚類名單中,
旗魚、劍魚、金槍魚是前3強。
同樣是魚,速度高手為什麼能比其他魚兒遊得快?
跟身體結構,運動效率,游泳姿勢密切相關。
速度高手各有各的天賦,不過它們擁有成就最快速度的共同點:
體重偏重、體溫高、體表阻力系數小。
在海洋裡,你只要按照這
3個
共同點去找魚,無論是硬骨魚還是軟骨魚,找出來的魚兒一定能遊得飛快。
體重偏重
無論是陸地奔跑、天空飛翔,還是海洋巡遊的動物,速度最快的高手,體重和身材在本活動領域中,屬於中上水平。
體力和能量爆發的比值有個最佳點,這個點的範圍只處於體重在中上水平的動物之中。
長時間高速運動跟肌肉的有氧代謝有關,而最高爆發速度,也就是最快速度,跟無氧代謝緊密聯絡。
當你慢跑或騎行時,身體依靠有氧代謝分解的糖份來提供能量。當你從事劇烈運動,比如衝刺和舉重,有氧代謝滿足不了能量需求,這時你進入無氧代謝模式,消耗的是儲存在肌肉中的能量(腺苷三磷酸,ATP)。
無氧代謝產生能量的速度更快,但維持時間也更短,只能做到暫時性的爆發。
小個頭的動物身體肌肉不夠,儲存的能量有限,最快速度比不上大個頭。
不過最快速度也不僅僅只依賴肌肉,如果速度只由肌肉組織和動物步幅長度決定,那尺寸最大的動物應該是速度最快的動物,事實並非如此。
體重更重的動物需要的啟動能量更多,大個頭的動物在加速時需要的時間更長
,
能量儲存的侷限限制了它的最快速度。
最快速度由體重決定
,看似粗暴直接的推論,在生物界,它的準確率為
89.3%。
接近
90%
的準確率,
適用於生物界內的絕大多數動物,包括飛鳥爬蟲,走獸游魚
。
上圖是
3個
領域,天空,陸地,海洋,動物們體重和最快速度的曲線圖。根據圖中的駝峰曲線,還可以推測出恐龍奔跑的最高速度,也就是說,個頭巨大的霸王龍,跑得並不快。圖中綠色是天空領域,包括飛蟲和鳥類。黃色是陸行領域,包括爬蟲和走獸。
藍色是水域,魚蝦鯨魚都在其中
。飛行和奔跑動物的速度隨體重增長的曲線形狀相似,不同的是飛行動物的速度是奔跑動物的
6倍
。
對於魚類來說,最高速度隨體重增長的曲線更為陡峭,這意味著,在水裡,體重增長對速度提高的優勢大過在空氣中
。
上圖是海洋生物的體重與最快速度的對應圖,個頭過小或過大,都不能遊得最快,中上水平的體重,是爆發速度高手的最佳條件。
來看海洋速度高手的體重,
成年旗魚50~100公斤,劍魚70~120公斤,金槍魚中藍鰭金槍魚最大,平均220公斤。3種魚類的個頭比大多數魚類要大,但比鯊魚和鯨要小一些
體溫高
除了體重外,速度跟體溫密切相關。就像你在運動前熱身一樣,先有溫度後有速度。
在天空中,溫血動物的速度比冷血動物要快
,比如體重相同的蜂鳥和蝴蝶,鳥比蝶快。在陸地上也一樣,同等體重下,
哺乳動物比爬行動物快
。
水域跟天空和陸地都不同,水的傳熱比空氣要快,海水帶走身體熱量的速度比空氣快
25倍
。在海洋裡,溫血動物需要消耗很大的能量來保持體溫,它們用於速度的能量就有所欠缺。所以在海洋裡,溫血動物的速度比冷血動物要慢。同樣體重的魚類和鯨類,魚比鯨快。
拋開海洋裡的溫血動物不說,
在冷血的魚類裡面,依然是先有溫度後有速度,體溫高的速度比體溫低的要快。
雖然魚是冷血動物,但並不是所有的魚體溫都跟周圍海水一樣,速度高手的身體比其他魚兒更加熱乎。低溫阻礙魚兒大腦和肌肉的活動,延長反應時間。凍僵了的魚,它的運動也會慢一拍。
體溫高的魚,不僅遊得快,還遊得遠。在寒冷水域,體溫決定了速度。在廣袤海洋,體溫還決定了距離。
上圖是
13種
鯊魚和硬骨魚的速度和巡遊距離。藍色代表低溫魚,紅色代表高溫魚。圓形是硬骨魚,三角形是鯊魚。
同等體重下,體溫高的鯊魚比體溫低的鯊魚,速度快2倍還多
。同等體重下,體溫高的硬骨魚比體溫低的,速度要快更多。
劍魚和金槍魚體溫比其他魚類要高,
它們身上自帶加熱系統,不畏懼冰冷的海水
。
金槍魚,寒冷水域裡核心體溫能高出周圍水溫20℃,潛入1000米以下的深海里也能保持迅捷運動。
金槍魚身上血管的佈置跟其他魚類不同,
在肌肉和內臟器官之間,有一套特殊的網狀血管。游水時肌肉產生的熱量,會透過網狀血管系統儲存下來,提供給內臟,這套蓄熱結構叫做逆流熱交換器
。金槍魚身體產生的熱量能保留下來,不會白白被水流帶走。體內充足的熱量讓金槍魚遊得更快,消化食物的效率也更高。
劍魚,不像金槍魚一樣給全身都加熱,它只區域性加熱最重要的頭部。劍魚的眼睛旁邊有一套類似金槍魚的逆流熱交換血管,專門給流經眼睛和大腦的血液加熱,它的眼睛和大腦溫度通常保持在19℃~28℃。
在只有
3℃
的冰冷海水裡,劍魚的視網膜溫度能保持在
20℃
。溫暖的眼睛帶給劍魚敏銳的視覺,在寒冷水域,它對運動影象的解析度提高
7倍
以上。
體表阻力系數
要達到最快速度,有了重量和溫度還不夠,還得看你的身材標準不標準,姿勢優秀不優秀。
魚兒的身形各不相同,游水姿勢也各有特點。細節決定成敗,有時尾鰭的弧度,擺尾的頻率上有一小點兒變化,都能影響到最快速度。
各異的身材泳姿沒法比較,不過有一個數字可以把它們統一起來:
體表阻力系數
。魚兒破水前行時,會遇到水流帶給身體的阻力。阻力跟身材,速度,姿勢都有關係,在簡化阻力計算時,生物學家引入一個阻力系數做參量,阻力系數越小,阻力也越小。
魚兒的體表阻力系數由身形和面板特性決定。
舉個例子,汽車行駛時,受到空氣阻力的影響。同樣動力下,阻力越小,速度越快。車身呈流線型的跑車,阻力系數就很小,加速也就越快。魚兒跟車子一樣,方頭方腦的魚兒一看就知道遊不快。
現在來看速度高手的體表阻力系數,
風洞測試中,劍魚和旗魚的阻力系數分別為:0.0075和0.0091,金槍魚和梭魚的阻力系數與之相當
。而同樣測試下,狗鯊的阻力系數為
0.022
,鱒魚的阻力系數為
0.02
,比速度高手的阻力系數要大得多。
體重偏重,體溫高,體表阻力系數小,3個要素成就了海洋裡的速度高手。
天下武功,唯快不破。跟人類重新整理短跑速度一樣,海洋裡的速度高手也能一次次重新整理衝刺速度。
更高更快更強,追求永無止境。
用今日頭條app上方的搜尋框輸入“遊得最快的魚”,或者“藍鰭金槍魚”“劍魚”“旗魚”可以找到更為詳細的海洋速度高手的習性介紹。點選“影片”一欄,還可以看到精彩影片。
@科學有意思
參考資料:
1:“A general scaling law reveals why the largest animals are not the fastest”,by Myriam R。 Hirt et al。, Nature Ecology & Evolution, 2017
2:“Comparative analyses of animal-tracking data reveal ecological significance of endothermy in fishes”,by Yuuki Y。 Watanabe, PNAS, 2015
3:“Heat‐producing organ of the swordfish (Xiphias gladius): A modified eye muscle”, by G。 De Metrio et al。
4:“Hydrodynamic Characteristics of the Sailfish (Istiophorus platypterus) and Swordfish (Xiphias gladius) in Gliding Postures at Their Cruise Speeds”,by Woong Sagong et al。, PLOS ONE, 2013
附
:今天更新
自然界裡的秘密
系列文章,這是第
20
篇:
魚的速度
。