當放電殺不死獵物的時候，魚也用電來交流

科學家發現魔鬼刀能探測和分辨極其微弱、模糊的電信號，這個發現或有助於改進人工耳蝸和人造視網膜。

一隻棕色魔鬼刀幼魚(鱗翅目)；供圖：Guy l"Heureux

來源 | AIP Inside Science

作者 | Charles Q. Choi

線翎電鰻又稱「魔鬼刀」，它們用電作為第六感。現在，在熱帶叢林河流從事研究的科學家已經發現了這些魚是如何使用電信號在野外交流的。這項研究揭示了神經系統通常都怎樣處理微弱、模糊的感覺信號，這對改進與神經系統交互的仿生裝置將有很大幫助。

線翎電鰻的尾部有從脊髓神經元衍生而出的專門發電器官。與它們的親戚電鰻不同，這些淡水魚屬於弱電魚，它們沒法產生足以讓獵物休克或致死的強電荷。但是這些拉丁美洲魚類會產生電脈衝來相互交流，並在身體周圍產生電場，以在黑暗中掃描周圍的環境。

線翎電鰻，國內的水族愛好者通常稱之為「魔鬼刀」；圖片來自網路

科學家在實驗室研究線翎電鰻已經有數十年了。「很多對破解脊椎動物大腦里感覺信號的運作模式有興趣的科學家都在研究電魚，」 伊利諾斯州埃文斯頓西北大學的生物工程師馬爾科姆·麥基弗說。「哺乳動物的許多大腦結構和魚類有著相同的進化起源，因為進化不喜歡新東西，所以一旦你理解了在這些神奇的魚中是什麼樣，你也就會理解它們在哺乳動物中的運作模式。」

但是，「我們還是對這些魚在它們自然棲息地的隱秘生活知道得不多，」德國艾伯哈特-卡爾斯-圖賓根大學的神經行為學家簡·本達說。為了在自然水域研究線翎電鰻，本達和他的同事們首先開車走到泛美公路盡頭的巴拿馬亞維薩，在哥倫比亞邊境附近。他們接著乘船從巴拿馬最長的河流丘庫納克河往上遊走40分鐘，然後步行2公里進入叢林，抵達目的地——一條狹窄的小溪。

電魚「真的很難直接觀察到」，本達說。 「它們是夜間活動的，還喜歡藏在石頭或者密植的水草叢裡。」

丘庫納克河；圖片來自網路

為了研究線翎電鰻，本研究的主要作者，同樣也在圖賓根大學的約格·海寧諤，把一個帶有64個電極的近4平方米的網放入溪流中，來探測魚的電信號 （強度不超過1毫伏）。

科學家們的主要研究對象是棕色魔鬼刀魚（大吻翎電鰻、線翎電鰻科）。之前的工作已經發現每條魚的電場都有像指紋一樣的特定頻率，雄性比雌性的頻率更高。研究人員也能夠通過採集的信號的強弱估計魚的位置和運動。

在熱帶叢林工作頗具挑戰性。比如，遠處的雷暴帶來的洪水可能在一小時內讓水位上漲一米然後把科學家們工作的小溪 「變成一股泥水，」本達回憶說。「有一次我們整個網都找不到了。我們找了三個小時，意識到這個電網再也沒法收到信號了。」

儘管存在這些困難，研究人員還是成功地檢測到在實驗室中從未發現過的魚的電信號互動。「這是開創性的工作，它揭示了中美洲水下嗡嗡作響的整個電文明，」麥基弗這麼評價說，他沒有參加這項研究。「我們老早就知道這些電魚可以用電場相互交流，但這是第一次通過水下感測器網在野外接收到它們的社交互動。」

例如，科學家監測到54次求偶行為，包括每條魚每晚發射最多可達8400次的電子「喳喳聲「。這些聲音通常先由配對的雄魚和雌魚們一起發出短喳喳聲，直到一條雌魚發出一聲較長的喳喳聲。然後雄魚發出一組小喳喳聲，再由雌魚發出幾聲小喳喳聲來結束。這種求偶行為顯然是用來幫助雄魚和雌魚同步把卵和精子排入水裡的。

在求偶、產卵和攻擊時記錄的許多電信號比預計的要弱得多或信號頻率更高。研究人員猜測，這些魚在野外交流方式不同的一個可能原因是實驗室的水箱里空間有限。

水族箱中的棕色線翎電鰻；圖片來自網路

「因為在實驗室環境下魚沒法逃走，它們頻繁和持續的發出順從信號，「本達說。「在野外，只要有一條魚離開領地，攻擊性的戰鬥很快就會結束。退出的魚只會發出很少的順從信號。」

而且實驗室的試驗通常限制在幾分鐘或者幾小時內完成，會錯過這類求偶行為，本達說。他們的共同作者弗蘭克·基爾希波姆在柏林洪堡大學的實驗室里也探測到這種行為。「三個月內在水箱里對六條魚作連續的記錄，」本達補充道。

他說研究人員以前也在野外記錄過線翎電鰻信號，但連續捕捉信號——每天產生500GB的數據——所需要的硬碟存儲容量以前做不到。

本達說，進一步研究魚探測這樣的小信號的神經機制，能夠揭示線翎電鰻及其他動物是怎樣成功探測和分辨微弱、模糊的信號的。他還補充說，這些知識可能對設計與神經系統交互的仿生裝置如人工耳蝸、人造視網膜等很重要。

深入的研究可能會使用更大的網、作更長時間的記錄。「神經系統通信的基本機制仍然籠罩在神秘的面紗之中。」 麥基弗說，「這些魚為深入研究這些迴路提供了一個很漂亮的模型。」

研究人員在5月7日的《神經科學雜誌》上詳細介紹了他們的發現。

翻譯 | 張蒙

審校 | 高佩雯

https://www.insidescience.org/news/when-stunning-wont-kill-fish-use-electricity-communicate

美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄獨家供稿

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