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水中游

綠田野 第121期(2016年8月)

自由式、蛙式、蝶式……人們以不同泳式暢泳,各適其適。海洋生物的游泳方式更加多元化,當中的原理更是完全不同,還會配合不同海洋生物的身體結構和生存所需,從游泳方式體驗了大自然的奧妙!

在海洋生物的眾多游泳方式中,較常見的海洋動物,大多以噴水法和擺尾法在水中移動。以噴水法在水中移動的動物,牠們能改變身體形狀,把水在身體的某部位迅速擠壓出來,藉著水的反作用力而移動,原理與火箭升空一樣,典型例子有水母、烏賊、扇貝等。然而,當牠們把水擠壓出來後,需待身體再一次擠水,才能再次移動,故並不能像火箭一樣持續地移動。所以,以噴水法移動的動物通常都不是游泳高手,但若果受到威脅而要逃生的話,牠們就可以擠壓出高速的水柱,極速脫身!

擺尾法顧名思義是指擺動尾巴令身體移動的方法,大部分魚類和鯨豚都以這種方式游泳,並以鰭來輔助推動力和控制方向。擺尾法按身體的擺動範圍分為三大類:鰻行式、鱒行式和鮪行式。以鰻行式游泳的魚,身體較長,游泳時近乎全身擺動並呈S形運動,典型例子有鰻魚。以鰻行式游泳,游泳速度通常較低,但效率較高,即能夠以最少的能量作相同的移動距離。

以鱒行式游泳的魚,最常見是利用身體後半部分及尾鰭的擺動前進,例子有鱒魚、鱸魚等。至於鮪行式,是指魚類幾乎只是靠尾鰭擺動來前進,更有利於長途高速游泳,例子有吞拿魚、鯖魚等。至於海豚和鯨魚也是以鮪行式游泳,而牠們的尾鰭則是水平而非垂直。

海豚游泳之迷

以往研究生物在水中移動時,科學家曾發現一些令人費解的現象。例如1936年英國生物學家James Gray以海豚的體重推算海水阻力,並計算了海豚在水中游泳所需的能量,同時記錄牠們的攝取食物量,結論是「海豚游泳所需的能量比其攝取的熱量還要高」。這個不合物理原則的結論直到近年才獲得解釋。研究人員以現代科技儀器及電腦,計算海豚游泳時所產生的水的阻力,以及探測海豚身體附近的水流,發現了有很多從前研究未知的因素,包括海豚能利用尾鰭製造渦流,同時借助周邊物體造成的紊流幫助推動身體,這些因素均能幫助海豚作長途而高速游泳。三文魚能夠逆流而上到產卵地,原來也是利用了河流中石塊之間的渦流,以增加向上游的速度,甚至能夠迎著逆流一再「跳躍」。

水中世界埋藏著各種秘密,有更多海洋生物的游泳方法仍未被發現,有待科學家研究。人們借鑒雀鳥研究出飛機,將來或者會從海洋生物的游泳方式,研究出讓我們更自如穿梭海洋的方法呢!

文 | Hayward Ng

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Photo from Pixabay
水母是以噴水法移動的動物之一
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很多常見的魚類都以擺尾法令身體移動。(a) 鰻行式:幾乎全身擺動;(b) 鱒行式:身邊後半部分擺動;(c) 鮪行式:幾乎只擺動尾鰭。
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水蛇雖然並非魚類,但也是以鰻行式在水中移動。
Image "Blotched Water Snake" 由 "TexasEagle" 製作,以 "創用CC 姓名標示-非商業性 2.0國際授權條款" 授權。
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Photo from Pixabay
1936年英國生物學家James Gray的研究結果,指出海豚的游泳方式不合物理原則,在生物物理學界被稱為Gray’s Paradox。

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