在海洋裡有一種性情懶惰的魚，體形瘦長，頭頸部長着一個橢圓形大吸盤，以附着在鲨魚或其他較大海洋生物的身體上遨遊著稱。它叫印魚(remora fish)，因為吸盤形狀像圖章而得名。

這種擅長“搭便車”的潛水魚為何如此駕輕就熟，一直不為人知。一項對鲸魚的新研究首次“意外地”完全記錄下印魚的沖浪秀，揭示了其在“搭乘”體長30米的藍鲸時所使用的精巧技能，以“駕馭”劇烈的流體動力學。

使用先進生物傳感标簽

這項研究報告發表在10月28日的《實驗生物學雜志》(Journal of Experimental Biology)上，一個國際研究團隊研究了藍鲸在美國加利福尼亞州派洛斯福德和聖叠戈海岸附近活動的獨特流體環境。研究稱，利用具有視頻錄制功能的先進生物傳感标簽，有史以來第一次連續捕捉到印魚在宿主生物體上進行自我控制的行為。

印魚歸屬?科(Echeneididae)，通常可以長到1米，隻有藍鲸體長的三十分之一。這項研究揭示了印魚成功“搭乘”藍鲸安全穿越海洋的秘訣：它們選擇鲸魚身體上最适宜水流動的區域附着，比如鲸魚的通氣孔後面，那裡的阻力減少了84%。

研究還顯示，即使鲸魚的突增速度超過每秒5米，印魚也可以在“騎行”過程中自由移動和進食。它們沿着鲸魚身體表面附近存在的特殊低阻“行車道”進行沖浪，而科學家以前并不知道印魚這種沖浪和掠過行為。

研究人員表示，這項研究代表了迄今為止對鲸魚進行的分辨率最高的全身流體動力學分析，從中得出的結果可能會被用作更好地了解該物種的行為、體能應用和整體生态健康的基礎，并在未來的研究中改進對鲸魚和其他遷徙動物的标記和跟蹤。

該研究的主要作者、新澤西理工學院生物學助理教授布魯克·弗拉曼(Brooke Flammang)表示：“鲸魚就像它們自己的浮島，基本上就像它們自己的小生态系統。通過這項研究，在毫米級分辨率内了解藍鲸的流動環境非常令人興奮。”

研究鲸魚卻有意外收獲

“很幸運和巧合，我們的記錄捕捉到印魚與鲸魚是如何在這種環境中相互作用，并能夠利用鲸魚獨特的流動動力學來發揮自身優勢。這令人難以置信，因為我們幾乎完全不了解印魚在野外長時間内是如何在宿主身上表現的。”弗拉曼補充道。

此前，科學家們主要依靠靜止圖像和未經證實的數據來研究印魚和其在海洋栖息地的宿主之間的共生關系。印魚如何處理水下的黏附行為一直是個謎。

在新研究中，研究人員使用了帶有雙攝像頭的多傳感器生物記錄标簽，通過四個分别約5厘米的吸盤将這些标簽固定在鲸魚身上。這些标簽能夠計算鲸魚生态系統内的各種測量值，比如鲸魚周圍的表面壓力和複雜的流體力，以及GPS位置和通過标簽振動産生的行進速度。所有這些都是以每秒24幀和720p分辨率的視頻記錄的，而同時也記錄下印魚的行為。

“以往，藍鲸酒窩狀的‘飛機駕駛艙’上的阻力已經被測量了很多次，我們能夠應用這些知識來幫助計算出這些印魚所經曆的阻力，”格羅夫城學院生物流體動力學研究員埃裡克·安德森(Erik Anderson)說，“但是我們的研究有史以來第一次使用了計算流體力學來計算藍鲸的流動……這需要一個由生物學家、程序員、工程師和一台超級計算機組成的國際團隊來完成。”

吸盤非常堅固，可粘在任何位置

研究小組借助西班牙巴塞羅那超級計算中心對211分鐘的視頻片段和鲸魚标簽數據進行了處理，在整個鲸魚身上的61個位置捕捉到27條印魚，發現這些印魚通常是在三個最有利于流體動力學的位置之間移動。這三個位置由鲸魚獨特的體形特征造成了水流和尾流分離：通氣孔的正後方，背鳍的旁邊和後面，以及胸鳍上方和後面的側翼區域。

根據研究小組的測量，鲸魚以1.5米/秒的閑适速度遊動時，在其通氣孔後面的尾流中，一條中等大小的印魚所承受的切應力可以低至0.02牛頓，是自由水流中阻力的一半。鲸魚的尾巴附近能産生最大的流體動力值，吸附在這個位置的印魚所承受的切應力高達0.14牛頓。

然而，安德森指出，印魚自身的吸附力為11至17牛頓，所以鲸魚即使以更高的速度遊動，印魚也能輕松“騎行”。

安德森說：“我們發現，印魚的吸盤非常堅固，它們可以粘在鲸魚任何位置，甚至是阻力最大的尾部，但它們喜歡輕松地‘騎行’。”“這為它們節省了體能，也降低了生活成本，因為它們就像NASA探測器圍繞在小行星上空一樣搭便車，并在鲸魚表面上掠過。”

通過“文丘裡效應”沖浪？

先進生物傳感标簽顯示，為節省體能，印魚充分利用了鲸魚的物理優勢：它們在鲸魚身體周圍的一層薄薄流體中沖浪，這層流體被稱為“邊界層”(boundary layer)。研究人員發現，與自由水流相比，邊界層的阻力減少了72%。

弗拉曼說，這些印魚可以在“邊界層”位置離開鲸魚身體不到1厘米，而在鲸魚身上的其他低阻力“社交場所”進食或與配偶會合，偶爾通過掠過改變方向，或者反複将吸盤附着到鲸魚身上并釋放。

弗拉曼猜測，印魚通過一種“文丘裡效應”（Venturi effect）能夠在不完全脫離其快速移動的宿主情況下自由移動，而後者的移動速度幾乎是印魚的7倍。

“這種掠過和沖浪的行為令人驚歎。我們認為，通過保持與鲸魚身體大約1厘米的距離，印魚利用了文丘裡效應，并利用吸力來保持近距離接觸。”弗拉曼解釋，“在印魚和鲸魚之間的這個狹窄空間裡，當流體被輸送到其中時，能以更快速度移動但壓力更低，所以不會把印魚推開，反倒可以将其吸向宿主。印魚可以遊到自由水流中咬一口食物，然後再回到‘邊界層’，但在自由水流中遊動需要更多的能量。”

除了揭開印魚“搭便車”能力的新細節外，研究人員表示，他們将繼續探索鲸魚周圍的流動環境，以及諸如印魚之類的特定适應生物成功附着于宿主的機制，以改進動物标簽技術和擴展設計，延長行為和生态監測期。

研究小組還表示，利用他們對印魚首選的低阻力附着位置的新發現，在未來研究中将更好地選擇給鲸魚貼上先進生物傳感标簽的位置。

弗拉曼說：“研究鲸魚是一個極其艱巨的過程，标簽通常在48小時内脫落。如果我們能想出一種更好的方式，通過更好的标簽放置或更好的技術來收集長期數據，這真的可以促進人類對該物種以及許多依附動物的了解。”

編譯：史明磊