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魚藉由魚鰾的充放氣來上升或下沉?

真相追追追

一、看山是山 國內外的中小學教科書幾乎一致認為「魚可藉由改變魚鰾中的空氣量來控制在水中浮力的大小,收縮時魚下沈,膨脹時魚上升,從而能在水中自由沈浮」,不曉得各位朋友是否曾對這種傳統的論述產生過懷疑呢?由於從小是在市場長大,叔叔的魚攤就在我們的攤位旁邊,所以小時候不時會有魚鰾可以玩:比賽誰將魚鰾踩破時能發出最大的聲響。因此當小學上到自然課時,老師告訴我:「魚能在水中浮沉的原因是魚鰾藉由一條管子與外界相通,所以能進氣或排氣」。那時我就覺得不太對,因為玩過那麼多的魚鰾就是沒看過魚鰾具有能充氣的管子。事實上,若很用力壓魚鰾時,不管施力多久都不曾看過它曾被壓扁過,所以【魚鰾是密閉容器】是我那時候的認知。

上了國中,理化老師又再度教我們:「有一條淡水魚的總質量為1.5 kg,如果該條魚平均密度為1.25 g/cm3,淡水密度為1 g/cm3,那麼當魚要上浮時,魚鰾體積至少需膨脹為多少?」,當時我的心中又O.S.起來:「哩嘛幫幫忙,魚鰾體積不能說變就變的」。沒想到高中物理課又來了:「把原先在水中的魚改放在漂浮在魚缸水面上的盆子裡,若盆子依然漂浮,試問魚缸水面將會升高、降低還是不變?」,我再度O.S.了:「拜託,饒了那條魚吧!」

二、看山不是山 上了大學,修了普生與分類學,再度與魚碰面過招,不過這回提及的魚鰾氣體交換就有點道理了,內容差不多就是下列這篇文章所提的論述:
魚鰾氣體交換 – 黃基礎教授|臺師大生物系
利用魚鰾上的微血管來進行氧氣分泌的機制確實說得通,這種理論事實上也讓我深信不疑,至此我就拋棄了小時候的成見,認為【魚鰾原來是可以進出氣體的】,這是求學問的第二層境界,原來小時候的我錯了。

三、看山仍是山 這幾天在審一本童書《科學實驗王》,由於這一集是在聊浮力,裡面有提到魚鰾內的氣體,為了慎重於是Google了一下,一查竟然發現我又錯了。因為有實驗證實魚鰾內幾乎沒有氧氣存在
魚鰾中氣體成分的探究 – 郭巧喬
而且已有中學生由大量的實驗數據證實魚其實是藉由魚鰭的不同擺動方式來達成上浮或下沈(註:利用胸鰭、腹鳍控制魚的仰俯角度,然後藉由擺動尾鰭來下潛或上浮)↓
魚鰾的功能 – 黃曾新|上海向明中學
於是,小時候的我再度打敗長大後的我。這不禁令我想起我們科裡的一句名言:「科學知識是藉由修正錯誤所建構出來的,雖然道理是越辯越明,但有歧見無法解決時,就讓證據來說話吧,開始做實驗!」

結論:
1. 魚無法藉由微血管內血液中的溶解氣體在短時間內來進行氣體的大量交換,特別是遇到危險須急速下潛時。在這種情況下也不可能經由口將魚鰾內的氣體排出,所以魚嘴會吐出泡泡那是卡通漫畫中才可能出現的。
2. 魚要上浮時不可能像潛水艇那樣從高壓儲氣槽中抽取空氣來將海水排除而上升,牠在水深處是沒辦法從海水中快速取得空氣的。
3. 魚不是藉由肋骨的壓縮來將魚鰾壓扁,從而達成下沈;同理,也不是藉由肋骨的向外擴張將魚鰾撐大來達成上浮。因為連我使盡力氣都無法將魚鰾的體積壓縮了,更何況魚鰾外圍的魚腹沒什麼肌肉。
4. 魚鰾的功能除了能調整魚體的密度與水的密度接近以利於懸浮之外(魚睡覺時幾乎不動),其最重要的功能是在支撐肋骨以保護內臟↓
從力學角度探討魚鰾的作用 – 王智永

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