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简单快乐 2023-08-19 20:28:38 浏览 25769
射水鱼是不可思议的生物。它们潜伏在河流和海洋的水面之下，等待昆虫停落在水面上的植物上。然后，突然间，以令人难以置信的准确性，喷出一股水柱击中昆虫。在昆虫掉进水里之前，射水鱼就已经游到掉落点，等着将昆虫吞下去。
这不得不让人惊叹，自然界竟有如此生物，它们用一种近乎奇迹般的狩猎方式，让猎物死于“水枪喷射”。于是，人们给射水鱼冠以了，手枪鱼、高射炮鱼、黄金高射炮、水中狙击手等一系列别样称谓！而且由于它们的神奇捕食方式，即使明知射水鱼很难饲养，依然让养鱼爱好者对它们趋之若鹜。
从技术上讲，“射水鱼”并不是指某一种鱼，而是指射水鱼科射水鱼属下多种鱼类的统称。它们都是物理领域方面的大师，这不但表现在攻击猎物的精准上，而且猎物被击中后仅仅十分之一秒，它们就会迅速游到猎物要落水的地方，极其精确。
射水鱼是如何做到的？这在长久以来一直是研究人员试图破解的谜题，因为对于一条平均体长在20厘米左右，甚至几厘米的射水鱼来说，它们必须在此过程中解决一系列复杂的物理难题。
首先，射水鱼要解决猎物的定位问题。
因为当射水鱼喷水时，它们的眼睛是在水下的。如果你还记得小学课本上“筷子放到水中的实验”，或者经常游泳，就会知道光线进入水中会发生弯曲，我们称之为折射现象。
在1621年，人类数学家首次通过斯涅尔定律精准地确定了折射常数规律。而这些不起眼的小鱼显然走在了人类的前面，它们不但了解折射，而且能够无差别地校正折射。
这可不是一个不起眼的校正，因为射水鱼喷出的水柱不是直线飞行的，地球引力会把它变成抛物线。很显然射水鱼明白这一点，它们知道自己喷出水柱的运行路径，然后使水柱准确击中目标。
在实验中，研究人员发现射水鱼校正水柱的数值随目标的高度不同而不同。它们不仅会以典型的约74度角喷射水柱，而且还会以其他角度喷射。
举例来说，当目标猎物高度达到10厘米时，射水鱼喷出的水柱落差在0到2厘米之间。当这个高度达到30厘米时，落差范围在2到15厘米之间。也就是说，射水鱼通过精确地调整其喷出水柱的角度和速度，解决了一个在现代人看来都极具挑战性的物理问题。
其次，射水鱼要解决喷出的水的动力问题。
在喷射之前，射水鱼会用舌头顶着上颚形成一个管道，然后迅速闭合鳃盖，使管内的水承压并喷出。大多数射水鱼能够在1.5米的范围内准确喷射水柱，而一些体型较大的喷水鱼可以将这个范围扩大到2-3米，甚至更高。
整个喷射过程看似如小孩子常玩的水枪一样简单，而事实却比我们想象中要复杂得太多。射水鱼的喷射行为并不只是一个简单动作，它们会根据目标的大小和距离调整喷出的水量，并在开闭鳃盖动作的时机上进行精细的调整。
与此同时，射水鱼还会通过调整喷射力量和喷射方式等，以最节约成本的方式实现对猎物最精准和有效打击。
举几个例子，有研究人员曾通过物理实验，试图找出水柱从鱼嘴里到猎物目标的速度有多快？然后发现射水鱼的整个喷射狩猎过程发生在4%秒内，比眨眼的时间约快10倍。
射水鱼喷射水柱的慢镜头（速度降低了约14倍）。
而更惊人的是，研究人员将喷出水柱的运行轨迹和速度以网格式标记后，发现水柱越向高处运行速度越快！
大家感受到奇怪的地方了吗？这与篮球或子弹形成了鲜明的对比，当投篮或子弹向上发射后，由于重力和空气阻力，它们都会减速，而射水鱼却“违背”了这一物理常识，这怎么可能？
研究人员最初发现这一点时，也怀疑是不是他们搞错了，然而，大量的实验数据反复证明，水柱喷出后的确在加速。同时研究人员还惊讶地发现射水鱼是通过一些流体动力学的原理，来实现这一点的。
下面是它的工作原理。
第一个原理。当射水鱼从嘴里喷出一股水时，它能确保水的尾端比前端移动得更快。想象一下，你正在排队，后面的人开始向前冲，会发生什么？同样，水流前端会被尾端快速追上并被压扁。这对射水鱼来说不是好事，因为水越分散，击中目标猎物的压力就越小。
第二个原理。一种物理现象（瑞利不稳定性）可以平衡水向外扩散。
就这两种原理而言，任何一种对射水鱼都没有多大用处。但当它们合在一起时，就会产生强大的物理变化。由于水的表面张力，前端的水在压力下分解成水滴，但射水鱼确保了后面的水柱比前端移动得更快。当后面的水赶上前面较慢的水时，它们会合并成一个更大的水珠，而且比之前移动得更快，并在更短的时间内以更大的力量攻击目标。
这不仅仅是一个巧妙的技巧，这也是射水鱼捕猎策略的关键。在近距离，喷射出的水柱产生的力量不足以击倒一只昆虫。但通过这种力量放大的技巧，射水鱼可以达的打击力量，是任何同体型脊椎动物肌肉所能产生力量的五倍以上。
射水鱼的神奇到这里还没有结束。在一系列的实验室中，成年射水鱼几乎可以击中任何固定目标。但是，如果这些目标始终没有奖励，它们也会停止攻击，而是转向获得奖励的其他目标。
另外，研究人员还发现，成年射水鱼不擅长攻击移动目标，即使是缓慢移动的目标它们的精准度也不高。不过，射水鱼喷射移动目标的精准度是可以训练的，而且它们还会相互学习。
被训练过的射水鱼击中移动目标的精准度可以超过50%以上。更有趣的是，射水鱼可以通过频繁地练习或观察其他能击中移动目标的同类，提升或学习到这项技术。目前还不清楚射水鱼是通过什么来处理这些信息，也不清楚它们在学习这项技术时是盯着移动的目标，还是盯着正在狩猎的射水鱼，但它们在这种学习中受益良多。
射水鱼运用了运动、重力、光学和流体动力学等实用的物理知识捕猎，毫不费力地解决了可能让一名物理学学生都睡不着觉的复杂问题。射水鱼利用大自然赋予它们的科学天赋，在水下时刻瞄准目标射击，永远不会耗尽“弹药”。
