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。

 

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