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2020-02-04
有沒有人知道潛水艇就是魚鰾的仿生發明？在魚鰾的研究上，有上海向明中學的五位中學生通過大量觀察和實驗后，提出魚類并不能有意識地控制魚鰾中空氣多寡（注：利用胸鰭、腹鰭控制魚的仰俯角度，然后借由擺動尾鰭來下潛或上浮），這跟我們在大學里生物學到的知識有很大的差別，究竟哪個才是真的！
魚鰾
問題的關鍵在于魚類能否控制魚鰾呢？要解釋這個問題前，就得先探討魚鰾是否可以交換氣體？如果各位去問下魚販，他會告訴你從沒看過魚鰾有條管子與外界相通。不過，賈永欣等通過解剖和觀察魚的兩個鰾室結構，發現魚是通過兩個鰾室氣體流動交換魚鰾是什么，來完成上浮下潛和任意水層懸浮狀態的，并通過實驗的方法來驗證這種結構的可行性。魚的大鰾室，多呈卵球狀，位于肚腔的軟腹部位，魚這里的肌肉和肚膜組織柔軟，可以將魚鰾的漲縮變化清晰的傳達出去，作用給水體，這使魚能達到通過膨脹魚鰾而變大魚體積，從而加大魚體浮力。而魚的小鰾室基本呈細長型，所處位置更接近魚的尾部，魚尾腹部位的肌肉結實而不易變化，它將魚的小鰾室包圍在同魚脊骨共同構成的間隙中。這樣，無論魚的小鰾室是否被充入氣體，都基本不會引起魚體積的變化，而最終不會影響魚體的排水量魚鰾是什么，從而不會影響魚的浮力。
但也有持相反意見的說法，支持魚鰾無法交換氣體。例如，魚類被瞬間電死之后，魚鰾內氣體并沒有排出，為什么魚會很快漂上來呢？而向明中學的學生做鯉魚實驗時，是用剪掉胸鰭和尾鰭的鯉魚做過實驗，這樣的魚只能沉到盆底。你怎么驚嚇它，它拚命的擺動，也只能上浮一點又沉下去了，根本不可能靠著魚鰾的調節實現自由的浮沉。這兩者最大的爭議在，魚鰾能否進行氣體交換？畢竟，把鯉魚的胸鰭和尾鰭剪掉，只能證明鰭的重要性，還是沒有去回答能否通過控制魚鰾來浮潛。事實上，魚鰾里充填的氣體主要是氧氣、氮氣和二氧化碳，以氧氣的含量最多。至于所謂的魚鰾里不存在氧氣，那是從死魚摘除魚鰾后用針筒抽氣，再通過儀器分析氣體內容。這種實驗方式不嚴謹，無法證實氧氣是否在摘除前就已經供給了妤，還是根本就只有很少的氧氣。
除了賈永欣外，我也找到臺灣師范大學生物學系黃基礎老師有關魚鰾氣體交換的內容，節錄部分內容如下：
硬骨魚都有魚鰾，這是胚胎時期從“前腸”演變而來的，因此，有些魚的鰾與消化道間有管子相通，這種魚只需在水平面吞下氣體，就可從這條相連通的管子進入魚鰾，或是借“分泌方式”將氣體泌入魚鰾，同理只要打噎（bruping）就可將鰾內的過多氣體排出；相對地，有些魚在成長之后，這個管子消失不見，這種魚就無法吞下氣體或打噎，只能靠特殊構造將氣體泌入鰾內或從鰾把氣體吸收掉以調節鰾的體積。魚鰾的壁有一層銀白色的物質，主要是由鳥糞嘌呤（guanine）及次黃堿（hypoxanthine）所構造，對氣體是不通透的，因此，魚鰾內即使處在很高的壓力下也不會漏氣，若將這層銀白色物質去掉，則魚鰾對氣體的通透性會增加 100 倍。
與魚鰾之間沒有管子相通的魚類，其魚鰾壁上有一種特殊的腺體，叫做“氣體腺”（gas gland），通到氣體腺的血管系統很特別，動脈在進入氣體腺之前會先形成許多平行的微血管，從氣體腺出來的靜脈也是會再分成許多平行的微血管，這兩種微血管分別稱之為“動脈微血管”（arternal capillaries）與“靜脈微血管”（venous capillaries），據估計鰻的動脈微血管有 116,000 條，靜脈微血管有 88,000 條，這兩種微血管彼此間并排在一起，形成血液流動對流現象，彼此相距只有 1.5μm，可是互相接觸的面積卻高達 100 平方公尺，這就是所謂神奇的“微血管網狀組織”。這些微血管很長可達 2cm，深海的魚甚或更長，流經神奇微血管網狀組織的血流量并不多，據估計大約只有 0.4ml，構成了所謂“對流交換器”（countercurrent exchanger）。
不同魚種的魚鰾并非完全相同，但我認為魚鰾的結構比較像“半透膜”，除了維持浮潛深度及保護內臟外，我支持魚鰾還是有氣體交換功能，魚類可以借由魚鰾來控制上升或下沉！
Ref.:
Swim bladder helps maintain buoyancy : Ray-finned Fishes - AskNature?asknature.org
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