问题

为什么鱼要长刺?

回答
鱼长刺,是一个涉及演化、生理和生存策略的复杂问题。简单来说,鱼类的骨骼系统,包括刺(我们通常称之为“骨刺”或“鳍条”),是它们身体结构的重要组成部分,并服务于多种功能。

我们可以从以下几个方面来详细阐述:

1. 生物力学支撑和运动

支撑身体: 鱼类的骨骼系统,包括脊柱、肋骨和无数的骨刺(鳍条),构成了它们的内部框架,支撑着柔软的肌肉和器官。这些骨骼提供了身体的形状和结构,使其能够保持一定的形态,而不是像一团软泥。
鳍的支撑和运动: 鱼类的鳍是它们在水中移动的关键。鳍本身是由一系列的骨刺组成的,这些骨刺由肌肉控制。
背鳍和臀鳍: 主要用于保持身体的稳定,防止翻滚和摇摆,尤其是在快速游动或转弯时。想象一下船的龙骨,它们起着类似的稳定作用。背鳍和臀鳍的骨刺可以伸展或收缩,调整鳍的表面积和形状,从而改变水的阻力,帮助精确控制方向和姿态。
胸鳍和腹鳍: 类似于鸟类的翅膀或四足动物的腿。它们在游动中扮演着推进、刹车、转向和平衡的重要角色。胸鳍和腹鳍的骨刺是复杂的,可以弯曲、折叠和伸展,使鱼能够进行精细的动作,如悬停、低速游动,甚至在某些情况下用于“行走”或攀爬。
尾鳍: 它是鱼类最主要的推进力来源。尾鳍的骨刺支撑着鳍的叶片,通过左右摆动尾鳍,鱼能够产生向前的推力。尾鳍的形状(如叉形、圆形、截形)也影响着鱼的游动速度和效率,这与尾鳍骨刺的排列和刚度密切相关。

2. 保护和防御

抵御捕食者: 很多鱼类身上的骨刺,特别是那些粗壮、尖锐的骨刺,是它们重要的防御武器。
尖锐的鳍棘: 例如,许多鱼类的背鳍、臀鳍或胸鳍的前缘拥有坚硬且尖锐的硬骨刺(fin spines)。这些硬刺通常与毒腺相连(如狮子鱼),或仅仅是机械上的威胁,能够刺穿捕食者的嘴巴、喉咙或身体,造成疼痛和伤害,从而让捕食者望而却步。有些鱼的腹鳍也特化成坚硬的刺,用于防御。
骨板和鳞片: 虽然不直接称为“刺”,但鱼类外层的硬鳞片和某些鱼类的骨板,也提供了物理上的保护层,抵御小型捕食者的攻击。

3. 感觉和交流

辅助感官器官: 有些鱼类的鳍条上可能分布着感觉神经末梢,能够感知水流的变化、触碰,甚至是电场(如某些鱼类的胸鳍)。
展示和求偶: 在某些鱼类中,鳍的形态、大小和骨刺的结构可能与求偶行为有关。雄鱼可能用发达的鳍来展示自己,吸引雌鱼。

4. 生存和环境适应

适应不同水体: 鱼类生活的环境千差万别,从浅海到深海,从河流到湖泊。不同的生活环境塑造了它们不同的骨骼结构,包括鳍条的长度、粗细、数量和排列方式。
例如,生活在湍急水流中的鱼类可能拥有更粗壮、更坚固的鳍条来抵抗水流的冲击,或者更灵活的鳍条来调整姿态。
生活在复杂水草或岩石缝隙中的鱼类,可能需要更精细控制的鳍来穿梭。
多样化的演化: 在漫长的演化过程中,自然选择使得鱼类发展出各种各样的骨刺形态来适应不同的生态位。这种多样性是生物适应环境的体现。

总结

鱼类的骨刺并非是为了“扎人”而生,而是它们生物体结构和功能的一部分,是经过亿万年演化选择的结果。它们的主要作用包括:

支持和塑造身体结构。
提供鳍的支撑,实现复杂的运动和控制。
作为防御机制,抵御捕食者。
可能参与感觉和交流。
是适应不同生存环境的演化体现。

可以说,鱼身上的每一根骨刺,都承载着它们在水世界生存和繁衍的智慧。

网友意见

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鱼身上的那些暗搓搓的小刺,生物学上叫肌间骨,就是位于椎骨两侧肌间隔中的硬骨小刺 ,由肌隔结缔组织骨化而成。

这种骨化方式称为膜内骨化或结缔组织性骨化,又称纤维性骨化或膜性硬骨骨化,是成骨细胞在骨质中发生钙质沉着生成骨组织的两种方式之一。


肌间骨存在于哪些鱼?

这些小鱼刺根据它们所在的位置分为 3 类:

  1. 连接在髓弓上的髓弓小骨,
  2. 连到椎体上的椎体小骨,
  3. 附在腹肋或脉弓上的脉弓小骨

如果你平时吃鱼的时候注意的话,会发现并不是所有的鱼都有这些小刺,肌间骨仅存在于鲤鱼、草鱼、鲢鱼等这些低等真骨鱼中。

没错,这些小刺的鱼都不怎么高级。因为在鱼类的进化史中,科学家发现,肌间骨经历了一个从少到多,又从多到少,最后消失的过程。

但是那三种肌间骨进化的进度并不一样,形成的过程也不完全同步,髓弓小骨出现最早消失最晚,椎体小骨出现最晚却消失最早。

有人曾经对低等真骨鱼的(除椎体小骨)肌间骨数量进行过统计,结果发现出现最早的、最低等的真骨鱼类 ,骨舌鱼类的双须骨舌鱼 ,它的鱼刺数量比较少,肌间骨只有 70 根左右。


但是随着进化,到海鲢总目的海鳗 ,肌间骨的数量一下变多了起来 , 约有 409 根。


然后到鲱形总目,比如鲥鱼,肌间骨约有 143 根。


再到骨鳔总目的鲤鱼 ,肌间骨数量又逐渐下降,肌间骨数量约有 99 根。

最后,骨鳔总目鲇形目的黄颡鱼肌间骨数量最少,只有 8 根左右。

可见,鱼刺的多少也在某种程度上反映了鱼类的进化史。

我在表达每种鱼的肌间骨数量的时候,用的是“约”,因为根据研究者观察,同种鱼身体左右两侧肌间骨的数目略有不同 ,研究者只统计了左侧的,而且同种鱼不同个体的肌间骨数目也有一定的变化,所以也只是一个大概,并没有一个确切数目。


肌间骨的形态

小刺有时候让人烦,不仅是因为刺多,还因为刺的形态也多种多样,在嘴里的时候很不舒坦。

没有任何分叉的 I 形肌间骨还好,但往往各种分叉的,比如说“卜 ”形(一端明显不等长的两分叉)、“Y”形(一端等长的两分叉 )。

这些都还好啦,更复杂的还有:一端多叉形(一端 3 个或 3 个以上的分叉 )、两端两分叉形(两端均有两分叉)、两端多叉形 (两端均有两个或两个以上的分叉 )和树枝形 (两端均有 4 个以上的分叉 , 并且在分叉的基础上再分叉 )……


肌间骨的作用

终于到重点了,为什么长那么多刺啊,不会扎到自己吗?

一切存在都是有道理的,暗搓搓的鱼刺也是如此。虽然在专业上还没有完全的定论,但主流的观点认为,肌间骨的主要作用是支撑肌肉,控制鱼的运动。

鱼需要进行纵向运动的时候,肌肉收缩,依靠肌间骨产生作用力,做出一些更为细腻的操作。

有科学家对鲤鱼、斑马鱼、鲢鱼和团头鲂等鱼类做了鱼类的肌间骨骨化过程的研究,结果显示这些鱼刺均是从尾部向头部发育。

不过在对另一种叫日本鳗鲡的鱼做研究时,却发现了截然相反的情况,它的肌间骨骨化过程是从头部向尾部发育。

为什么会这样?科学家推测这与它们的游动方式有关,鲤鱼、斑马鱼这些主要依靠摆动整个身体来向前游动,而日本鳗鲡主要依靠臀鳍的拨动而游动,两种游动方式并不完全相同,所以肌间骨的骨化方式也不一样。

对于海洋中高度进化的金枪鱼、鳕鱼等游泳健将来说,肌间骨的功能由强健的肌纤维承担,鲤科鱼无需依靠高速游动来觅食和迁徙,靠肌间骨就足够了。


我们吃的金枪鱼、三文鱼为什么没啥刺?

因为它们进化得高级啊,辐鳍鱼类直到1.7亿年前才在海洋中出现,3/4 的海水鱼的祖先都来自淡水鱼。在海洋里生活的它们运动主要依靠强大的肌纤维,它们的游动速度往往更快,而鲤鱼在淡水里并不需要高速游动,肌间骨就够用了,并不需要强大的肌肉。这也是为什么海水鱼相比淡水鱼肌肉弹性更好。


附:不同形态类型的肌间骨数目(仅统计鱼体左侧的肌间骨)


小小的肌间骨,显示了鱼类演化过程中的多样性与复杂性,大自然就是如此神奇!

参考文献:

  • 吕耀平, 等:低等真骨鱼类肌间骨的比较分析
  • 乐毅.海鱼大多源自淡水鱼祖先[J].科学,2012,64(03):58.
  • 聂春红等: 不同鱼类肌间骨的骨化模式研究
  • 张 薇等:鱼类巡游中的活体肌肉力学性能预测
  • 鱼类肌间骨研究进展
  • Patterson C, Johnson G D. The intermuscular bones and ligaments of teleostean fishes[ J]. Sm ithsonian Contribution toZoology, 1995, 559:1- 85.
  • The evolution of ray-finned fishes.
  • A new time-scale for ray-finned fish evolution

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