【科學史沙龍】感覺的故事：魚類的視覺與嗅覺

■因為有些光可以透過水，但有些光線對水的穿透力只到一定的深度，所以對魚來說，水下的世界與水上大不相同！

講師｜嚴宏洋
撰文｜王希文

台灣是個寶島！台灣寶貴的地方在於雖然它只有三萬六千平方公里，佔全球陸地面積的十萬分之二點五，卻有三千一百三十種以上的魚類，佔全球魚類項的十分之一。而且在這麼小的地方，連高低海拔落差也相當大，短短不到兩小時內就能從三千公尺的高山到一千公尺深的深海。全世界找不到其他像這樣的地方，老師說這真是個研究的寶島。

在光的光譜中，可見光的波長落在大約400～700奈米間。而紅光的波長最短，紫光最長、能量最強，紅光能穿越的水深是十公尺，因此愈深的海域愈只有藍光可見。以海洋生態來說，許多的魚因此演化成紅色的以作偽裝。至於為什麼不演化成深色，如黑色呢？那是因為產生黑色素所需的能量大概是紅色的三倍，在演化上並非最有利的選擇。

奇妙的是在河口地區或沿岸的海，因為懸浮物質很多，反而會先把長波長的紫光藍光吸收掉，留下紅光。

而生物的眼睛，也會根據他們棲地所能見的光而演化。以住在深海的川紋笛鯛為例，在牠的體長大約是3.46公分時，牠的眼睛對波長513奈米的光最敏感，偏綠；然而當牠長到8.2公分時，則對492奈米的波長最敏感，這告訴我們的就是：牠幼年時住在淺水區，成熟時移居到深水區。

但經研究發現，即便是在實驗室中養大的川紋笛鯛，也同樣會有這樣的變化。為了解是否與年紀還是大小有關，又做了讓一批魚一天吃五餐快速長大、另一批一天吃一餐、直到都長到一樣的大小的實驗。經此實驗後，猜測是與魚的大小有關，長到與成熟相應的大小後眼睛會自然產生變化。

當比較不同棲地的魚的眼睛時，會發現住在清澈水域的馬口魚，除了可見光外也看得見紫外光，相對的住在河口的豆仔魚則只能看見可見光。這是因為住在清澈水域的魚只要能看到紫外光，往天上看就像一塊白板，而牠要吃的浮游生物則是黑點，容易捕獵。至於豆仔魚，因為河口地區的懸浮物質太多，看得見紫外光反而會使生物眼花撩亂，因此看不到。而住在深海的川紋笛鯛因棲息的環境紫外光也無法穿越，因此看不到。

原本學者們是假定住在同樣環境的魚，像粗首鱲及馬口魚，看到的東西應該是一樣的。但在觀察過後，發現在繁殖期間粗首鱲對藍光特別敏感，反觀馬口魚對綠光就比較敏感，因此提出假設顏色的辨別在辨認同類上扮演了重要的角色，且紅光及紫外光應該沒什麼差異，但藍色和綠色會有顯著的差異，為「婚姻色」的假說。

在做實驗並比對數據後，確認了兩種魚的紅光和紫外光是沒有差別的，但在綠光和藍光上，馬口魚分別是500和423奈米最敏感，粗首鱲則是486及413奈米。

在生物學上這稱為「表現型」，而在表現型的背後通常是基因在主導。因此又將兩種魚的視蛋白基因拿出來進行定序，發現馬口魚在第118的位置上是蘇胺酸，粗首鱲則是絲胺酸，純化量出的最高吸收波長正好是423及413奈米，在第122的位置則是穀胺酸和穀胺醯胺，最高吸收波長是500及486，與前一次實驗的數據完全一樣，證明了兩者有絕對的關係。

在應用上，養殖魚類時能根據魚對哪種光敏感，決定養殖的環境應該照什麼樣的燈光，讓魚能看得見食物，讓魚苗的生存率達到最高。

魚跟人一樣，也有鼻孔，但不是呼吸用的，水會從前面流進去，後面流出來，感受器則在中間的地方。魚的嗅覺發揮的功能，能使捕食者偵測到水中其他的魚，而被狩獵的魚則能因此避開牠。魚也能靠嗅覺回家，如鮭魚，在繁殖的時候也能靠費洛蒙找到異性，產生下一代。

在魚的鼻子裡有嗅葉，若切開並做實驗可將二十個胺基酸對嗅葉的刺激作定序，和指紋辨識是相同的道理，因為每一種魚的都不一樣。在應用上來說，魚飼料中會添加誘引劑，而一般添加的是烏賊粉，讓魚更想吃飼料。透過定序魚對不同胺基酸刺激的反應，可以找出魚對哪幾種胺基酸混合的味道最敏感，並做效果更好、更便宜的誘引劑。

另外也發現，以鯉魚來說，母魚在成熟的時候會釋放出三種費洛蒙，一種是卵成熟的時候釋放的，讓公魚在自己周圍待命，第二種則是卵快排到體腔的時候釋放的，讓公的打架，好讓母的找出哪一隻是最強的；第三種則在卵排出體外的瞬間釋放，因為在卵排出的30秒內一定要與精子結合，所以公魚一定要隨侍在側，否則卵就無法受精了。

從嚴老師的演講中，我們了解到魚類的視覺影響到牠們對自己體色的選擇：要表現出什麼樣的顏色才不容易被掠食者看見？要看見/看不見什麼樣的波長，才能夠對交配與覓食有幫助？在養殖漁業裡，提供魚兒什麼樣的光線可以減少緊張、看見食物？而嗅覺可以幫助牠們找到食物，對養殖漁業來說，了解魚類的嗅覺，可以調配出更便宜更有效的誘引劑，減少飼料的浪費。