神奇的鱼类侧线感受系统

在自然界中，不论是广袤海洋中的漆黑海域还是幽深洞穴里伸手不见五指的黑暗环境，都有很多鱼类早已适应了“用进废退”的自然法则，在视力严重退化的情况下，仍然能够迅捷地躲避天敌、准确地捕捉食物甚至进行长距离洄游。为什么鱼类拥有这种特殊本领呢？这就有赖于神奇的鱼类侧线感受系统。

什么叫侧线系统？简单地说，它是鱼类和两栖类（幼体阶段）特有的一类感觉系统。我们常见的鱼类大多具有较为明显的侧线特征（图1）。

图1 金鱼的侧线系统，棕色线代表侧线分布|改自文献[1]

鱼类的侧线系统分为机械感受系统和电感受系统，这里我们主要介绍机械感受系统，它主要对环境中水流和水压的变化异常敏感，这对鱼类的生理行为有着极为重要的意义，其感受功能单位称为神经丘，由毛细胞、支持细胞和套细胞组成（图2所示）。科学家们发现，每个神经丘中所有毛细胞的顶端都会伸入一个透明的胶质顶中。当接收到外界环境变化信号时，胶质顶将产生一定幅度的偏转，并逐步传导至动纤毛和静纤毛，继而发生偏转并引发离子穿过毛细胞膜，激发兴奋性反应[2]。

图2 神经丘结构示意图|文献[3]

这些神经丘主要分布在鱼类的侧线管道内和鱼体表面，根据不同的位置，我们将其称为“管道神经丘”和“表面神经丘”，图1中的白点为管道神经丘，黑点则为表面神经丘。

图3 神经丘的形态结构|文献[4]

为什么侧线感受系统能够高效准确地感知时间和空间的微小变化呢？经研究发现，鱼类管道神经丘主要感受压力差的变化,可精确至mPa级别（相当于一根鸿毛落在一平米物体上，鸿毛对物体产生的压力），通常接受频率较高的刺激（60~120 Hz）[5]；而表面神经丘主要感受水体流速的变化，可精确至um/s，一般接收频率较低的刺激（20~60 Hz）[6]。由此，鱼类可以通过侧线系统对压力源或改变流速的物体其尾迹涡旋产生的流体场和机械振动进行感知，进而迅速响应，完成捕食或躲避等行为。