科學家發現:這種魚死後還能遊動 甚至能逆流而上

大家都見過魚在水裏游泳，死去的魚竟也能逆流而上？這聽起來似乎有點荒誕，但 2024 年的搞笑諾貝爾物理學獎卻頒給了一項關於死魚游泳的相關研究。來自美國的科學家們因「演示和解釋死鱒魚的游泳能力」而獲此殊榮。該研究不僅報道了一種令人驚訝的神奇現象，還揭示了流體動力學的奧秘，為我們理解魚類如何利用水中渦流節省能量，提供了新的視角。魚類游泳「各懷絕技」

魚類的游泳方式多種多樣，遠比我們想像的要複雜，最常見的是擺動式游泳，魚體呈現 S 形彎曲，從頭到尾產生一個行進波，推動魚向前遊動，但這只是冰山一角。

有些魚類如旗魚和鯖魚，採用巡航式游泳，它們的身體呈流線型，尾鰭呈新月形，能夠長時間保持高速遊動。相比之下，鰻魚則採用蛇形遊動，全身產生大幅度波浪狀運動，適合在複雜環境中穿梭。

有趣的是，一些魚類還發展出了特殊的游泳方式，能利用胸鰭「行走」在海底，而飛魚則能躍出水面，利用胸鰭滑翔一段距離，這些多樣的游泳方式反映了魚類對不同生態環境的適應。


飛魚。圖片來源：維基百科

泳姿背後的流體動力學

要理解魚類游泳，離不開流體動力學原理。當魚在水中遊動時，它們實際上在不斷操縱周圍的水流，通過身體和鰭的運動，能夠產生和控制渦流，從而獲得推進力。

有趣的是，魚類游泳時產生的渦流並非隨機。研究發現，高效遊動的魚類能夠產生有組織的渦流系統。這些渦流不僅提供推進力，還能減少水的阻力，讓魚游得更快，更省力。

魚類游泳的能量效率一直是科學家關注的焦點，研究發現，除了身體結構的優化，魚類還採用了多種策略來節省能量。有些魚類如金槍魚，能夠長途遷徙數千公里，這需要極高的能量效率，很多魚類還會利用「滑行」來節省能量，它們在擺動幾下後會短暫地停止運動，利用慣性滑行一段距離。此外，群游也是一種節能策略，跟隨前方魚類產生的渦流，後方的魚可以省力不少。

下次，當你在水族館或河邊觀察魚類時，不妨多留意它們的遊動方式。也許你會發現，在看似簡單的擺動背後，隱藏着流體動力學的精妙奧秘，而這些奧秘，正在啟發我們創造更智能、更高效的未來科技。

渦街游泳：一種獨特的游泳方式

卡門渦街是當流體以一定速度流經圓柱體等鈍體物體時，在其後方形成的規律交替排列的渦流系列，呈現出類似街道般的有序結構。研究團隊的靈感來自一個有趣的現象：在河流中，魚類常常喜歡在障礙物後方停留，而障礙物的後方常有渦流乃至渦街出現。科學家們好奇，魚是否能從這些渦流區域的特殊水流中獲益？為了探索這個問題，他們設計了一個巧妙的實驗。


卡門渦街示意圖。圖片來源：維基百科

在實驗中，研究人員在水槽里放置了一個 D 形柱體，用以產生規律的渦流。當活鱒魚被放入這個環境時，它們展現出一種獨特的游泳方式，被稱為「卡門步態」，此時魚體會以一種大幅度、低頻率的方式擺動，其頻率與渦流的形成頻率驚人地一致。這種游泳方式似乎能讓魚在節省能量的同時保持位置不變，甚至逆流而上。


美國國家航空航天局拍攝的智利海岸胡安·費爾南德斯群島周圍颶風引起的卡門渦街。圖片來源：維基百科

但真正讓人大吃一驚的是，當研究人員用死去的鱒魚進行實驗時，他們發現，即使是死魚也能展現出類似的「游泳」能力！


虹鱒。圖片來源：維基百科

死魚的「復活」之謎

那麼，死魚是如何「游泳」的呢？答案就在流體動力學原理和魚體的柔軟特性中。當死魚被放置在渦流中時，來自不同方向的水流作用於魚體，使其產生周期性的擺動，這種被動的擺動恰好能與水流中的渦旋相互作用，產生向前的推力。

研究人員發現，死魚的擺動頻率和幅度與活魚非常相似。這意味着，魚類在利用渦流游泳時，很大程度上是在利用一種被動機制。魚體的柔軟度和形狀經過長期進化，已經非常適合這種被動推進。簡單來說，這項研究揭示了自然界中一種巧妙的能量利用方式。在湍急的水流中，魚類不是單純地與水流對抗，而是學會了「順勢而為」，利用水流中的能量來減少自身的能量消耗。

這項研究不僅有趣，還具有潛在的應用價值。

理解了魚類如何高效利用渦流，科學家們可以據此開發出新的水下機械人設計。這些機械人可能在湍急的水域中更加靈活，能源效率更高，同時，理解魚類如何利用渦流也可能幫助我們設計更高效的船舶和潛水器。比如，船體的設計可能會考慮如何更好地利用自身產生的渦流來減少阻力。此外，這項研究也為我們理解魚類的生態行為提供了新的視角。在河流和海洋中，魚類選擇特定位置停留或遷徙的原因，可能與它們對水流特性的利用有關，這對於魚類保護和漁業管理都有重要意義。

2024 年搞笑諾貝爾物理學獎的這項研究看似荒誕，實則深具啟發性。它提醒我們，科學探索中處處有驚喜，哪怕是一條死魚，也能揭示自然界的奧秘。這項研究不僅加深了我們對流體動力學的理解，也展示了生物如何巧妙地適應和利用環境。

下次當你在水族館或河邊觀察魚類時，不妨多留意它們的遊動方式，你會發現，在看似簡單的擺動背後，隱藏着流體動力學的精妙奧秘，而這些奧秘，正在啟發我們創造更智能、更高效的未來科技。