2020-02-04

有没有人知道潜水艇就是鱼鳔的仿生发明？在鱼鳔的研究上，有上海向明中学的五位中学生通过大量观察和实验后，提出鱼类并不能有意识地控制鱼鳔中空气多寡（注：利用胸鳍、腹鳍控制鱼的仰俯角度，然后借由摆动尾鳍来下潜或上浮），这跟我们在大学里生物学到的知识有很大的差别，究竟哪个才是真的！

鱼鳔

问题的关键在于鱼类能否控制鱼鳔呢？要解释这个问题前，就得先探讨鱼鳔是否可以交换气体？如果各位去问下鱼贩，他会告诉你從没看过鱼鳔有条管子与外界相通。不过，贾永欣等通过解剖和观察鱼的两个鳔室结构，发现鱼是通过两个鳔室气体流动交换鱼鳔是什么，来完成上浮下潜和任意水层悬浮状态的，并通过实验的方法来验证这种结构的可行性。鱼的大鳔室，多呈卵球状，位于肚腔的软腹部位，鱼这里的肌肉和肚膜组织柔软，可以将鱼鳔的涨缩变化清晰的传达出去，作用给水体，这使鱼能达到通过膨胀鱼鳔而变大鱼体积，从而加大鱼体浮力。而鱼的小鳔室基本呈细长型，所处位置更接近鱼的尾部，鱼尾腹部位的肌肉结实而不易变化，它将鱼的小鳔室包围在同鱼脊骨共同构成的间隙中。这样，无论鱼的小鳔室是否被充入气体，都基本不会引起鱼体积的变化，而最终不会影响鱼体的排水量鱼鳔是什么，从而不会影响鱼的浮力。

但也有持相反意见的说法，支持鱼鳔无法交换气体。例如，鱼类被瞬间电死之后，鱼鳔内气体并没有排出，为什么鱼会很快漂上来呢？而向明中学的学生做鲤鱼实验时，是用剪掉胸鳍和尾鳍的鲤鱼做过实验，这样的鱼只能沉到盆底。你怎么惊吓它，它拚命的摆动，也只能上浮一点又沉下去了，根本不可能靠着鱼鳔的调节实现自由的浮沉。这两者最大的争议在，鱼鳔能否进行气体交换？毕竟，把鲤鱼的胸鳍和尾鳍剪掉，只能证明鳍的重要性，还是没有去回答能否通过控制鱼鳔来浮潜。事实上，鱼鳔里充填的气体主要是氧气、氮气和二氧化碳，以氧气的含量最多。至于所谓的鱼鳔里不存在氧气，那是从死鱼摘除鱼鳔后用针筒抽气，再通过仪器分析气体内容。这种实验方式不严谨，无法证实氧气是否在摘除前就已经供给了妤，还是根本就只有很少的氧气。

除了贾永欣外，我也找到台湾师范大学生物学系黄基础老师有关鱼鳔气体交换的内容，节录部分内容如下：

硬骨鱼都有鱼鳔，这是胚胎时期从“前肠”演变而来的，因此，有些鱼的鳔与消化道间有管子相通，这种鱼只需在水平面吞下气体，就可从这条相连通的管子进入鱼鳔，或是借“分泌方式”将气体泌入鱼鳔，同理只要打噎（bruping）就可将鳔内的过多气体排出；相对地，有些鱼在成长之后，这个管子消失不见，这种鱼就无法吞下气体或打噎，只能靠特殊构造将气体泌入鳔内或从鳔把气体吸收掉以调节鳔的体积。鱼鳔的壁有一层银白色的物质，主要是由鸟粪嘌呤（guanine）及次黄碱（hypoxanthine）所构造，对气体是不通透的，因此，鱼鳔内即使处在很高的压力下也不会漏气，若将这层银白色物质去掉，则鱼鳔对气体的通透性会增加 100 倍。

与鱼鳔之间没有管子相通的鱼类，其鱼鳔壁上有一种特殊的腺体，叫做“气体腺”（gas gland），通到气体腺的血管系统很特别，动脉在进入气体腺之前会先形成许多平行的微血管，从气体腺出来的静脉也是会再分成许多平行的微血管，这两种微血管分别称之为“动脉微血管”（arternal capillaries）与“静脉微血管”（venous capillaries），据估计鳗的动脉微血管有 116,000 条，静脉微血管有 88,000 条，这两种微血管彼此间并排在一起，形成血液流动对流现象，彼此相距只有 1.5μm，可是互相接触的面积却高达 100 平方公尺，这就是所谓神奇的“微血管网状组织”。这些微血管很长可达 2cm，深海的鱼甚或更长，流经神奇微血管网状组织的血流量并不多，据估计大约只有 0.4ml，构成了所谓“对流交换器”（countercurrent exchanger）。

不同鱼种的鱼鳔并非完全相同，但我认为鱼鳔的结构比较像“半透膜”，除了维持浮潜深度及保护内脏外，我支持鱼鳔还是有气体交换功能，鱼类可以借由鱼鳔来控制上升或下沉！

Ref.:

Swim bladder helps maintain buoyancy : Ray-finned Fishes - AskNature​asknature.org