神奇的魚類側(cè)線感受系統(tǒng)

在自然界中，不論是廣袤海洋中的漆黑海域還是幽深洞穴里伸手不見五指的黑暗環(huán)境，都有很多魚類早已適應(yīng)了“用進(jìn)廢退”的自然法則，在視力嚴(yán)重退化的情況下，仍然能夠迅捷地躲避天敵、準(zhǔn)確地捕捉食物甚至進(jìn)行長距離洄游。為什么魚類擁有這種特殊本領(lǐng)呢？這就有賴于神奇的魚類側(cè)線感受系統(tǒng)。

什么叫側(cè)線系統(tǒng)？簡單地說，它是魚類和兩棲類（幼體階段）特有的一類感覺系統(tǒng)。我們常見的魚類大多具有較為明顯的側(cè)線特征（圖1）。

圖1 金魚的側(cè)線系統(tǒng)，棕色線代表側(cè)線分布|改自文獻(xiàn)[1]

魚類的側(cè)線系統(tǒng)分為機(jī)械感受系統(tǒng)和電感受系統(tǒng)，這里我們主要介紹機(jī)械感受系統(tǒng)，它主要對環(huán)境中水流和水壓的變化異常敏感，這對魚類的生理行為有著極為重要的意義，其感受功能單位稱為神經(jīng)丘，由毛細(xì)胞、支持細(xì)胞和套細(xì)胞組成（圖2所示）?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，每個(gè)神經(jīng)丘中所有毛細(xì)胞的頂端都會(huì)伸入一個(gè)透明的膠質(zhì)頂中。當(dāng)接收到外界環(huán)境變化信號時(shí)，膠質(zhì)頂將產(chǎn)生一定幅度的偏轉(zhuǎn)，并逐步傳導(dǎo)至動(dòng)纖毛和靜纖毛，繼而發(fā)生偏轉(zhuǎn)并引發(fā)離子穿過毛細(xì)胞膜，激發(fā)興奮性反應(yīng)[2]。

圖2 神經(jīng)丘結(jié)構(gòu)示意圖|文獻(xiàn)[3]

這些神經(jīng)丘主要分布在魚類的側(cè)線管道內(nèi)和魚體表面，根據(jù)不同的位置，我們將其稱為“管道神經(jīng)丘”和“表面神經(jīng)丘”，圖1中的白點(diǎn)為管道神經(jīng)丘，黑點(diǎn)則為表面神經(jīng)丘。

圖3 神經(jīng)丘的形態(tài)結(jié)構(gòu)|文獻(xiàn)[4]

為什么側(cè)線感受系統(tǒng)能夠高效準(zhǔn)確地感知時(shí)間和空間的微小變化呢？經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，魚類管道神經(jīng)丘主要感受壓力差的變化,可精確至mPa級別（相當(dāng)于一根鴻毛落在一平米物體上，鴻毛對物體產(chǎn)生的壓力），通常接受頻率較高的刺激（60~120 Hz）[5]；而表面神經(jīng)丘主要感受水體流速的變化，可精確至um/s，一般接收頻率較低的刺激（20~60 Hz）[6]。由此，魚類可以通過側(cè)線系統(tǒng)對壓力源或改變流速的物體其尾跡渦旋產(chǎn)生的流體場和機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行感知，進(jìn)而迅速響應(yīng)，完成捕食或躲避等行為。