射水鱼：这是特别的喷水技巧！
我们对狙击手往往有着这样的印象：他们冷酷、沉稳、一击制敌，可以卧在草丛里几个小时一动不动，只为扣动扳机那一刹那的绝代风华。在东南亚的水域中也出没 着这样一群狙击高手，它们卓绝的技艺甚至更胜人类，这些神射手就是射水鱼（Toxotes jaculatrix）。近日，来自德国拜罗伊特大学（University of Bayreuth）的斯特凡·舒斯特（Stefan Schuster）为我们揭开了射水鱼每一次精确射击背后的奥秘，研究论文发表在《当代生物学》（Current Biology）上。
射水鱼，顾名思义，是一类依靠从口腔中喷出“水弹”，从远距离击落猎物，再轻松扑杀落水猎物的技术流捕食达人。它们的身长只有不足20cm，但是射程可以 达到两米左右。舒斯特对射水鱼的捕食过程非常感兴趣。“为了击落猎物，射水鱼必须快速地完成发力过程，迅速地把水弹击出，但是它们怎么可能做到拥有2米这 样恐怖的射程呢？为了回答这个问题，我们决定仔细研究射水鱼射击过程的各个细节，尤其是水弹在空中的运行轨迹。”舒斯特对果壳网说。
射水鱼射水的慢动作特写。制图：酥酥 原视频来源：Current Biology, Gerullis et al.
要完成这个任务，舒斯特需要用摄像机快速捕捉水弹的路径和射水鱼口腔的情况。舒斯特对射水鱼进行了特训——射水鱼必须在长20cm，宽8.5cm的 特定“泳道”中完成射击，以便于拍摄。起初射水鱼并不会在泳道中停留，但是如果它们在泳道外进行射击，水弹将会被聚氯乙烯（PVC）板挡住；而如果它们在 泳道内完成规定动作，则被发放食物作为奖励。久而久之，所有的射水鱼都只在泳道内捕食，它们的每一个动作都能被摄像机在最佳的角度纪录下来。
这场特训是舒斯特在本次实验中面对的最大挑战。“对于我们的实验鱼来说，最大的难点无疑是要让它们在规定的位置进行射击，而且得在强烈的光照干扰下 完成——我们需要这样的光线来保障摄影质量。”舒斯特向果壳网介绍道，“在经历这样的训练后，我们不但能对鱼的位置和其射击方向有了充足的了解，还能够在 高分辨率的摄影下抓住一些细节，如射击时鱼的口腔直径和射出水弹的详细轨道等。”
在一次射击过程中，射水鱼首先会迅速地压缩自己的鳃盖，在口腔中形成一个“枪膛”式的结构。这个“枪膛”的上半部分为上颚的一个凹槽，下半部分则由 舌头上突出的一个硬脊填充。水弹由于在喷射前先经过这样的枪膛而高度聚集，射水鱼对精确性的把握也因此增加。类似结构也存在于哺乳动物的“水枪”——男生 上洗手间时应该深有体会。
射水鱼口腔图。G（Groove）：上颚的一个凹槽；R（Ridge）：舌头突出的脊； T（Tongue）：舌头。图片来源：Thomas Schlegel , Christine J. Schmid, Stefan Schuster (2006) Current Biology
经过对“水弹”路径的研究，舒斯特发现射水鱼会针对不同高度的目标灵活地调节射击力度，来保证射出的水流在击中目标前完成聚集，变为一颗“水弹”， 增强了其冲击力，使得射水鱼的射击效率最大化。舒斯特对水弹的表面张力进行了检测，结果发现其与正常的水别无二致，这也意味着射水鱼完全是就地取材，它们 的水弹中是没有“加料”的。对这样的结果，舒斯特也颇感意外：“我们本来预期射水鱼通过某些化学途径改变了水的粘度，结果却显示，射水鱼完成射击靠的是纯 粹的物理方法。针对不同高度的猎物，他们的射出的水流不是单纯的在固定位置聚集，而是灵活地调整，在击中目标前才转化为水弹。”
图为射水鱼射击60cm高的猎物时，水在空中的运行路径。左侧为水流在30cm前还以正常的流体形式存在，而右图则显示在击中目标的一瞬间，相对较晚离开口 腔的水“追上”了较早出腔的部分，完成水弹聚集。图片来源：Peggy Gerullis and Stefan Schuster (2014) Current Biology
舒斯特进一步对射水鱼的口腔进行分析，结果发现射水鱼在每一次出击时，其上颚都严格地固定在水的表面，在进行统计的 313次射击中，射水鱼的上颚没有发生过任何一次的垂直位移。它们只会稍微进行水平位移来进行瞄准，然后针对不同高度的猎物调整射击角度。这些数据再次证 明了射水鱼的稳定和精准。这样惊人的“心理素质”或许是得益于复杂的自然环境——在真正的野外环境下，进入射水鱼射程并且能够被击落、适合食用的猎物是比 较稀少的。为了生存，它们必须拥有这样的射击效率。“我认为水射流切割技术或许可以因此而改进。为了加强切割效率，我们通常会采用添加研磨剂或者增加水压 的方式，但是如果能够像射水鱼一样把水射流的力量集中在一点，我们可能会从这项技术中收益更多。我们希望能够参与到这项具体的改进工作中。”
射水鱼堪称大自然中最具天赋的射手，它们的冷静与精准令人咋舌。舒斯特希望继续钻研射水鱼这些天赋背后的秘密。“我们想要知道，这样的射击能力对射 水鱼大脑的演化有着怎样的影响。投掷能力是人类有别于其他动物的一项特殊才能。我们能对投掷时间做精确计算。”舒斯特说，“人们普遍认为，这项能力使我们 的脑容量扩增，因为我们需要更多的神经元来保障这样的精准。这样的推论或许也可以应用到射水鱼身上。”
此外，对这些射手好奇不已的舒斯特透露：“射水鱼是如何这么好地固定其射击位置和角度，又如何只靠喷嘴就改变了水流的路径，也都是让人兴奋不已的研究方向。”
射水鱼射水捕食的全过程。视频来源：Ingo Rischawy Schuster lab, University of Bayreuth
参考文献：
- Gerullis and Schuster, Archerfish Actively Control the Hydrodynamics of Their Jets, Current Biology (2014)
- Thomas Schlegel , Christine J. Schmid, Stefan Schuster, Archerfish shots are evolutionarily matched to prey adhesion, Current Biology (2006)