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在水底下,有一种鱼能像神枪手一样,从水里喷出一股水弹,精准打落飞在水面上的虫子。它叫射水鱼,生活在热带河流里,这本事可不是吹的,它能在一米开外,一击命中,误差小到连科学家都拍手叫绝。
水里的光线是弯的,虫子在空中看起来位置不对,这鱼咋就能算得那么准?难道它脑袋里装着个微型计算器?
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射水鱼主要分布在东南亚和澳大利亚的淡水区域,它们个头不大,也就巴掌大小,平时在水里游来晃去,看着挺悠闲。可一旦有虫子飞过水面,比如蚊子或苍蝇,它立马变身狙击手。
从嘴里喷出一股水流,嗖的一下,虫子就掉水里成了它的盘中餐。这水流可不是乱喷的,力道足、速度快,能喷到水面以上30厘米高,距离远达一米多。
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科学家早在上世纪60年代就盯上它了,德国生物学家在实验室里做实验,发现射水鱼能连续命中目标,成功率高达80%以上。这精度,比咱们人类玩弹弓还准,你说厉害不?
那射水鱼咋解决光线折射的问题呢?简单说光线从空气进到水里,会弯个弯儿,这叫折射。好比你在游泳池边看水底的石头,它位置看着偏了,实际不在那儿。
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虫子飞在空中,射水鱼从水里看它,位置也偏了:虫子实际在A点,鱼眼里却在B点。要是鱼直接朝B点喷水,肯定打不着。可这鱼聪明,它喷水时会把角度调一调,补偿这个偏差。这不是它天生就会的,而是靠经验学来的。
小鱼崽子刚出生时,喷水老打偏,练个百八十回,就慢慢摸出门道了。科学家用高速摄像机拍下过程,发现鱼喷水前会先瞄几下,调整脑袋和身体的角度,最后喷出的水流轨迹正好穿过折射点,直击目标。
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这背后是物理定律在撑腰,叫斯涅尔定律,算的是光线弯曲的角度。鱼不用懂数学,它的大脑通过试错,记住了补偿值,跟咱们学骑自行车一样,摔几次就会了。
具体咋算的?折射率是关键。水的折射率是1.33,空气是1.0,光线从空气斜着射入水时,角度会变小。射水鱼喷水时,水流从水进空气,也会折射,但鱼喷的是水柱,速度高,受空气阻力影响小,轨迹基本直着走。
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所以鱼主要补偿看虫子的视角偏差,实验数据显示虫子离水面越高,折射偏差越大。比如虫子在水面以上20厘米,鱼看到的虚像位置偏差能有5厘米左右。鱼喷水时,会把瞄准点往虫子实际位置的反方向挪一点,挪多少取决于高度和距离。
1982年,美国加州大学的团队在《自然》杂志发论文,用激光模拟光线,证明射水鱼能准确调整,误差不到1厘米。这精度,靠的是鱼眼和大脑的配合:鱼眼视力好,能分辨小目标,大脑则存储了折射补偿的经验库。
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射水鱼还能适应不同环境,要是水浑浊了或光线暗了,它照样能打中。科学家试过在实验室里换水的深度或加障碍物,鱼经过几次失败,就学会新策略。这说明它不是死记硬背,而是灵活应变。
这种能力,跟哺乳动物学习类似,都是神经可塑性的功劳。鱼的大脑虽小,但处理空间信息的能力不弱。2010年,英国剑桥大学的研究员在《实验生物学》上报告,射水鱼的视觉系统能快速处理动态目标,结合肌肉控制喷水力道,整个过程不到一秒。
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想想看一条鱼在水底下,面对弯弯的光线,还能秒变神枪手,这本事让人类工程师都眼馋。现代仿生学就借鉴了它,设计水下机器人或精准灌溉系统。
科学家估计,射水鱼的祖先可能通过随机变异,发展出这种能力,然后一代代优化。别小瞧这小鱼,它身上藏着物理和生物学的大学问。
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图片来自网络侵联必
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