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感覺系統/魚類/側線

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側線器官的觸覺

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魚類是水生動物,具有極大的多樣性。魚類超過 32,000 種,是脊椎動物中最大的類群。

鯊魚身上的側線感覺器官。

大多數魚類都擁有高度發達的感覺器官。大多數白天活動的魚類的眼睛能夠進行彩色視覺。一些魚類甚至能看到紫外線。魚類也有非常靈敏的嗅覺。例如,鱒魚在頭部有特殊的孔,稱為“鼻孔”,用來感知水中微量的化學物質。從海洋返回的遷徙鮭魚利用這種嗅覺來尋找它們的家鄉溪流,因為它們記得家鄉溪流的氣味。特別是地面活動的魚類,在嘴唇和鬚子上具有非常強的觸覺。它們的味蕾也位於這些地方。它們利用這些感覺器官在陸地和渾濁的水中尋找食物。

魚類還有側線系統,也稱為側線器官。它是一套觸覺感覺器官,位於頭部和身體兩側。它用來檢測周圍水中的運動和振動。


魚類利用側線感覺器官來感知獵物和捕食者,水流變化及其方向,並利用它在魚群中避免碰撞。

Coombs 等人已證明 [1] 側線感覺器官對於魚類檢測獵物並朝其方向定位是必需的。即使魚類被矇住眼睛,它們也能檢測到獵物或振動金屬球產生的運動並朝其方向定位。當側線中的訊號轉導被氯化鈷抑制時,魚類定位獵物的能力會大大降低。

Pitcher 等人於 1976 年證明了魚類依賴側線器官在魚群中避免碰撞,他們表明,被矇住眼睛的魚可以遊在魚群中,而那些側線器官被破壞的魚則無法遊在魚群中 [2]。

解剖結構

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側線可見於魚類身體兩側從頭到尾的兩條細微的線。它們由一系列稱為神經丘的機械感受器細胞組成。這些細胞要麼位於皮膚表面,要麼更常見地嵌入側線管中。側線管是一個充滿粘液的結構,位於皮膚下方,透過外部到內部神經丘的開口來傳遞外部水位的變化。神經丘本身由具有細小毛髮的感官細胞組成,這些感官細胞被圓柱形的凝膠狀圓頂所包圍。這些感官細胞要麼直接進入開闊的水域(深海魚類常見),要麼進入側線管的淋巴液。水壓的變化會彎曲圓頂,進而彎曲圓頂內部的毛髮細胞。類似於所有脊椎動物耳朵中的毛髮細胞,朝較短的纖毛方向偏轉會導致超極化(放電頻率降低),而反方向的偏轉會導致去極化(放電頻率增加)感覺細胞。因此,壓力資訊透過速率編碼轉換為數字資訊,然後透過側線神經傳遞到大腦。透過其傳入和傳出連線整合多個神經丘,可以形成複雜的迴路。這可以使它們對不同的刺激頻率作出反應,從而編碼不同的引數,例如加速度或速度 [3]。

鯉魚側線(中心)的一些鱗片

Sketch of the anatomy of the lateral line sensory system.

在鯊魚和鰩魚中,一些神經丘經歷了有趣的進化。它們進化成了稱為洛倫茲氏壺腹的電感受器。它們主要集中在魚類的頭部,可以檢測到低至 0.01 微伏的電刺激變化 [4]。藉助這種靈敏的工具,這些魚類能夠檢測到肌肉收縮產生的微弱電位,從而在遠處、渾濁的水域中甚至隱藏在沙子下面找到獵物。有人認為,鯊魚還利用這種感覺器官進行遷徙和定位,因為洛倫茲氏壺腹對地球的電磁場十分敏感。

趨同進化

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頭足類動物

頭足類動物,如魷魚、章魚和烏賊,在頭部和觸手上具有類似於魚類側線的纖毛表皮細胞線。對普通烏賊(Sepia officinalis)和短尾魷魚(Lolliguncula brevis)的這些細胞線的電生理記錄表明,它們是無脊椎動物對魚類和水生兩棲動物的機械感受性側線的類似物 [5]。

甲殼類動物

在一些甲殼類動物中發現了與魚類側線相似的趨同進化現象。與魚類不同,它們沒有身體上的機械感覺細胞,而是在長長的拖曳觸角上間隔一定距離地排列著這些細胞。這些觸角平行於身體。這形成了與身體平行的兩條“側線”,它們具有與魚類側線相似的特性,並且在機械上獨立於身體 [6]。

哺乳動物

在水生海牛中,顱後身體長有觸覺毛髮。它們類似於裸鼴鼠的機械感覺毛髮。這種毛髮的排列方式與魚類的側線類似,彌補了海牛視覺能力不足的缺陷。同樣,港海豹的鬍鬚也能夠檢測到微小的水流變化,並充當流體動力感受器系統。該系統遠不如魚類的側線靈敏。[7]

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