在光线无法到达的夜晚海洋中,或是完全隐藏在沙子下面的鱼,鲨鱼为何能够准确地找到它们?让眼睛和鼻子都无法追踪的这一击成为可能的,是只有鲨鱼和鳐鱼等同类才发展出的“电觉(电感受)”。活体动物的肌肉和心脏,每次活动都会泄漏出极其微弱的电流。鲨鱼能够感知到每厘米仅数纳伏这种超乎想象的微弱电流,并将其描绘成一张“电的地图”,从而确定猎物所在的位置。
承担这一感觉的,是散布在鲨鱼吻部(鼻尖)如繁星般的一个个小孔——罗伦氏壶腹。17世纪意大利解剖学家斯特凡诺·罗伦齐尼记录下这一器官的存在,但长期以来它都是用途不明的谜之孔洞。直到20世纪后半期,实验才终于证明它是地球上最灵敏的电传感器。
本文将从罗伦氏壶腹的结构出发,解读揭穿沙中猎物的捕猎机制、与嗅觉和侧线等其他感觉的协作,乃至读取地磁进行导航这一最新话题,结合最新研究解读鲨鱼的“第六感”。
通过本文可以了解
- 罗伦氏壶腹的结构,以及胶状物质所承担的“电流通道”机制
- 为什么鲨鱼的电觉灵敏度如此超乎寻常,及其定量的规模感
- 发现藏在沙中猎物的捕猎方式,以及验证这一点的经典实验
- 嗅觉・侧线・视觉与电觉如何分工合作以完成捕猎
- 关于电觉的最新研究,包括读取地磁的罗盘
- 把电觉应用于驱鲨・减少误捕这一保护活动的做法
鲨鱼的“第六感”——感知电流意味着什么
我们人类的感觉被归纳为视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉这五种。然而,鲨鱼、鳐鱼、银鲛等软骨鱼类,除此之外还具备“感知电流”这一第六种感觉。专业上称之为电感受(electroreception),是一种探测水中产生的极其微弱电场(电位偏差)的能力。
为什么感知电流对捕猎有帮助呢?答案在于,所有活体动物都在“泄漏电流”。鱼类的肌肉收缩时、心脏跳动时、鳃部输送海水时,细胞膜上都会流过微弱的活动电流。此外,体表黏膜、口腔和鳃部内侧与海水之间,即便不活动,也会持续存在一种类似直流的电位差。含盐的海水导电性良好,这些微弱的电流会缓缓渗入水中,形成一个小小的“生物电场”。
即便看不见,电流也无法隐藏
光线会被浑浊的海水或沙子遮挡,气味也会因潮流而无法到达,有些猎物甚至能不发出声音地屏息潜藏。然而,只要还活着,唯独电流是无法停止的。停止心跳固然可以藏身,但那样猎物本身就会死去。鲨鱼的电觉正是利用了猎物“活着”这一无法回避的事实,一种令猎物无处可逃的探测方法。

拥有电觉的并非只有软骨鱼
能感知电流的动物并不只有鲨鱼。电鳗、电鲶等能自行释放强电流的鱼类,南美的裸背电鳗那样释放弱电流“以电观察”周围环境的鱼类,甚至鸭嘴兽、针鼹等部分哺乳动物也具备电感受能力。不过,以每厘米数纳伏这种极限灵敏度被动捕捉猎物生物电场这一能力,在鲨鱼、鳐鱼这类同伴身上尤为突出。本文将聚焦于这种被动电感受——自身不发电,只倾听对方电流的机制。
能感知电流的动物大致可分为两种类型。一种是主动电感受,自身释放弱电流,读取周围环境中产生的扰动,从而“以电观察”周围。栖息在浑浊河流中的电鳗同类即属此类。另一种是被动电感受,自身不发电,只是静静倾听从外部传来的电流。鲨鱼和鳐鱼正是这种被动型的高手,可以说是在“偷听”猎物或同类泄漏出的生物电场。由于无需耗费能量发电,因此更加节能,同时还能在不被对方察觉的情况下进行探测,这对捕猎而言是极为理想的特性。
为何被称为“第六感”
这种能力之所以常被称为“鲨鱼的第六感”,是因为它不属于人类五感中的任何一种。我们没有能直接感知电流的器官,触电时的痛感也只不过是通过触觉(痛觉)间接产生的。也就是说,电感受是一种我们本来就难以想象的、透过“另一扇窗户”观察世界的感觉。鲨鱼游弋的海洋,与我们眼中所见的海洋完全不同,展现为一幅“电的风景”——这样想来,就能真切地感受到,即便是同一片海洋,不同生物眼中的世界也会有惊人的差异。海洋生物感觉的多样性,正映射出生态系统本身的顽强与丰富。
本文要点
- 鲨鱼的电觉,是被动探测活体猎物泄漏出的微弱电流的一种机制
- 即便在光线、声音、气味都无法到达的场合,唯独电流很难隐藏
- 同样具备电感受的动物中,鲨鱼的灵敏度在动物界中也遥遥领先
罗伦氏壶腹的结构——充满胶状物质的数百个孔洞
承担鲨鱼电觉的器官是罗伦氏壶腹(ampullae of Lorenzini)。仔细观察鲨鱼的吻部(鼻尖),会看到许多如黑点般的小孔排列其上。每一个孔洞都是器官的入口,内部是一条充满胶状物质的细管,通向末端膨大的囊状结构(壶腹),其中密布着感觉细胞。
孔洞・胶状管道・感觉细胞这一三层结构
追溯其结构,首先是皮肤表面的孔洞,由此延伸出充满胶状物质的管道穿行于皮下,末端的壶腹(膨大部)排列着感觉细胞。感觉细胞读取孔洞处海水电位与壶腹深处电位之间的“差值”——可以说是遍布体内的一组微型电压计。管道越长,就越容易比较两个相距较远点之间的电位差,从而更容易获得方向和距离的线索。

胶状物质原来是运送“质子”的半导体
长期以来一个谜团,就是充满管道的胶状物质究竟发挥什么作用。近年的研究发现,这种胶状物质含有角质硫酸酯,约97%为水,却拥有生物物质中最高水平的质子(氢离子)传导性。2016年发表于科学期刊《科学进展》的一项研究显示,这种胶状物质并非通过电子而是通过质子来高效传递电信号,其表现如同一种天然的“质子导体(类似半导体的材料)”。它是一种精巧的布线材料,能把极其微弱的电信号不衰减地传送到壶腹深处的感觉细胞。
在感觉细胞进行信号转换的过程中,细胞膜上的钙激活钾通道等被认为发挥着作用。微小的电位变化会引发细胞的响应,再通过神经传递到大脑——这一系列放大与转换的过程,正是后文所述超乎寻常灵敏度的支撑。此外,绝缘性极高的管壁与导电性良好的胶状物质内芯这一组合,能把外部的微弱电位差高效地汇聚到管道末端,这一点也不容忽视。整个器官就像一个把微弱信号聚焦到一点的天线一样被设计出来。
还能感知温度与盐分的变化
罗伦氏壶腹感知的并不仅仅是电流。研究表明,这一器官对水温的细微变化也会产生反应。鲨鱼是否会以水温的分界(潮目或涌升流边缘)为线索来移动,或借此寻找猎物容易聚集的场所,这种感觉究竟被使用到何种程度,至今仍是一个引人关注的研究课题。也有研究指出该器官对盐分和压力变化具有感受性,这意味着单一器官或许能同时读取多种环境信息。与其把它简单理解为“电传感器”,不如把它看作是综合感知海洋物理状况的多功能传感器群,这样才能体会到其中的深奥之处。
孔洞的排列方式映射出物种的生活方式
罗伦氏壶腹孔洞的数量与分布因物种而异,差异颇大。在海底伏击式捕猎的鲨鱼或鳐鱼,孔洞多集中于身体下侧(腹侧),便于搜寻沙中的猎物。而在外海洄游、追逐游动猎物的种类,则孔洞多集中在吻部前方,便于捕捉前方的猎物。也就是说,孔洞的排列方式本身,就是该物种曾在何种场所、追猎何种猎物生活至今的“生活履历”。由此可见,身体构造与感觉是一体演化而来的。
这一器官的起源极其古老,据认为可追溯到4亿多年前鲨鱼祖先出现在海洋之时。正因为经历了如此漫长的演化时间打磨,才得以完成如此精妙的机制。顺带一提,罗伦氏壶腹在与鲨鱼同属软骨鱼类的鳐鱼和银鲛身上也同样具备。而我们平时常见的拥有硬骨的鱼类(硬骨鱼)大多不具备这一器官,电觉可以说是软骨鱼类特别发展出来的一种“专利”能力。得知这一在海洋中历经数亿年生存下来的古老类群,在其繁荣的背后一直依赖着如此精密的传感器,不禁让人感受到演化的深邃。
| 部位 | 作用 |
|---|---|
| 皮肤表面的孔洞 | 朝向海水开口,是摄取外部电位的入口 |
| 胶状管道 | 通过质子传导把微弱电信号传送至深处的布线 |
| 壶腹(膨大部) | 排列着感觉细胞,把电位差转换为神经信号 |
| 传入神经 | 把转换后的信号传送至大脑,整合为猎物的位置信息 |
孔洞数量因物种而异,据称大白鲨头部约有1500个。也有些物种,如后文将提到的双髻鲨(锤头鲨)那样,把头部横向展开、分散孔洞以扩大搜索面积。海洋生物拥有的精妙感觉器官的多样性,在谈论日本海洋生物多样性时,也是一个不容忽视的视角。
5纳伏的世界——鲨鱼的电觉灵敏度究竟有多么超乎寻常
让我们用数字来看看鲨鱼的电觉究竟有多么灵敏。实验证实的鲨鱼探测下限,据称为每厘米约5纳伏(5×10⁻⁹伏特/厘米)。纳伏是十亿分之一伏特。我们日常使用的干电池电压为1.5伏特,这意味着鲨鱼能够透过海水分辨出大约相当于其三亿分之一规模的电位差。
“把干电池远距离相连”这一比喻
这种灵敏度常被比喻为“把干电池两极远距离相连时,海水中产生的极其微弱的电场,鲨鱼也能感知到”。这类比喻有时会带有夸张成分,不可全盘轻信,但即便只看实测数值——每厘米5纳伏这一数字,也足以证明鲨鱼是动物界中拥有最灵敏电传感器的生物这一事实不可动摇。仅仅几毫米大小、充满胶状物质的器官,实现了堪比人工高灵敏度电压计的精度。

灵敏度过高所需付出的“代价”
灵敏度如此之高,反过来说,自身的游动、海流乃至地磁场似乎都会成为“噪声”。事实上,电觉真正发挥作用的范围仅限于极近距离——大致在数十厘米以内。远处的猎物依靠气味、声音和侧线来捕捉,只有在最后的数十厘米才切换为电觉,进行精确的咬合。正是有了这种分工,超高灵敏度才得以实用化。灵敏度与探测距离之间存在此消彼长的关系,而鲨鱼正是把这个临界点当作捕猎的“最终瞄准”阶段加以运用。
如何克服噪声
超高灵敏度的传感器,必然伴随着与噪声的斗争。鲨鱼自身的心跳、肌肉运动以及鳃部呼吸同样会产生电流,若放任不管,自身产生的电流很可能会掩盖猎物发出的信号。人们认为,鲨鱼能够巧妙地扣除这些源自自身、具有规律性的信号,从而挑选出从外部传来的猎物信号。此外,该器官比较左右两侧孔洞电位的机制,也有助于抵消施加在整片海域上的均匀噪声,从而凸显出局部猎物产生的电场。超乎寻常的灵敏度,只有与这种巧妙的抗噪机制配合,才真正具有意义。
波浪、潮流、遥远的雷电,乃至海底岩石中矿物产生的微弱电位,都让海洋充满了各种各样的“电学噪声”。从中只挑出活体猎物的信号,就如同在喧闹的人群中分辨出一个人的低语。鲨鱼的大脑不断处理从罗伦氏壶腹传来的海量信息,只提取出有意义的模式。正是感觉器官的灵敏与支撑它的大脑信息处理这两个方面共同作用,才使得“用电流看猎物”成为可能。

灵敏度是如何测量的
“每厘米5纳伏”这个数值,究竟是如何得到验证的呢?研究人员在水槽中放置一对电极,逐渐减弱两极之间流过的电压,同时细致地观察鲨鱼的神经何时不再反应,或者在行为上何时不再朝向电场移动。通过把电极接在神经上直接记录信号,以及观察活体鲨鱼是否会游向电场这两种方法相互印证,才得出了这一惊人的数值。数字的背后,正是这样一步一个脚印的精密测量积累而成的结果。灵敏度超乎寻常这一结论,绝非夸大其词的轶闻,而是有可重复实验支撑的事实。
纳・微・毫的参考标准
- 1伏特(V)=相当于约1.5节干电池
- 1毫伏(mV)=1000分之一伏特
- 1微伏(µV)=100万分之一伏特
- 1纳伏(nV)=10亿分之一伏特(鲨鱼所感知的世界)
揭穿藏在沙中的猎物——生物电流与捕猎实验
鲨鱼电觉被实际用于捕猎的证据,在20世纪后半期的一系列实验中得到了生动的展示。其中最著名的是生物学家阿德里安努斯・卡尔米金(A. J. Kalmijn)于1971年发表的研究。他证实了鲨鱼和鳐鱼会准确地朝着藏在沙中的猎物或电极所发出的电场咬去。
卡尔米金巧妙的实验设计
卡尔米金把活体比目鱼一类的猎物埋在沙下,观察鲨鱼能否将其挖出。决定性的证据来自对照实验。当用不导电的琼脂隔板把猎物覆盖起来后,尽管气味和形状都没有改变,鲨鱼却变得不再容易做出反应。相反,若把猎物换成仅仅通有极弱电流的电极埋入沙中,鲨鱼则会径直冲过去咬住它。鲨鱼所朝向的并非猎物本身,而是“电场”——这一实验确凿地证明了电觉正是引导捕猎的关键。

连一动不动的猎物也藏不住
重要的是,即便是完全不动、潜伏在沙中的动物也会被探测到。仅凭鳃部呼吸以及黏膜与海水之间的电位差,就足以产生生物电场,因此即使一动不动,在电学意义上也等同于“发着光”。在加州等地栖息的圆吻豹鲂鮄(Urobatis halleri,一种圆鳐)中,据报告雄性会依靠潜伏在沙中的雌性呼吸肌所产生的微弱电压来寻找对方,这表明电觉不仅用于捕猎,也用于繁殖行为。
就潜藏在沙泥中的猎物而言,滩涂这类柔软底质正是小型动物绝佳的藏身之所。守护底栖生物丰富的环境这一意义,也与滩涂保护这一主题息息相关。捕食者敏锐的感觉,正是要有这样繁盛的底栖生态系统作为前提才具有意义。
为什么对照实验是“决定性因素”
卡尔米金的研究之所以至今仍被当作经典而广为传颂,并不仅仅是因为他提出了“鲨鱼能感知电流”这一结论,更在于他把其他可能性逐一细致地排除。排除气味、形状、动作等其他线索,最终只剩下电流这一条线索——正是通过这样的推理,才能确凿地断言“电觉正在引导捕猎”。将活体猎物与仅通电流的电极并列比较。互换导电与不导电的隔板。这种每次只改变一个条件的对照实验的不断积累,正是排除主观臆断、逼近真相的科学正道。这不仅仅是关于鲨鱼的一段轶闻,实验本身的思路更是一个值得学习的丰富题材。
如今人们已经知道,鲨鱼感知到的猎物电场大致可分为两种。一种是随肌肉和心脏活动而随时间变化的交流性电场,另一种是体表黏膜或伤口与海水之间产生的近乎恒定的直流性电场。活动的猎物属于前者,而即便是潜伏不动的猎物,后者依旧不会消失。正因如此,即便是一动不动的猎物也会被发现。虚弱或受伤的鱼所发出的直流电场往往格外强烈,这也是自然界中“越是虚弱越容易被盯上”这一残酷法则的原因之一。
鲨鱼攻击的并非猎物本身,而是猎物在水中产生的电场。
——卡尔米金(1971年)的实验所揭示的电感受核心
双髻鲨的“金属探测器”——头部形状与电觉
电觉与身体形态完美契合的一个例子,就是双髻鲨(锤头鲨)。它那左右扁平延展的独特头部——专业上称为头翼(cephalofoil)——看起来就像金属探测器扁平的传感板。事实上,罗伦氏壶腹就广泛分散排列在其表面。
把头部横向展开以扩大“搜索面积”
双髻鲨一边贴近海底游动,一边缓缓左右摆动扁平的头部,对沙地进行“扫描”。由于头部横向较宽,一次性能够搜索电场的面积就更大,从而能高效地探测出潜藏在沙中的鳐鱼或比目鱼。尤其是无沟双髻鲨(Sphyrna mokarran),据知偏好猎食藏身沙中的魟鱼同类。即便鳐鱼只把眼睛或喷水孔露出沙面,在电学意义上也无法完全隐藏。

“越宽并不代表灵敏度越高”
这里需要注意的一点是,头部更宽并不代表灵敏度本身会提高。一项比较幼年双髻鲨与沙洲鲨(真鲨科)的研究显示,两者对电场反应的敏锐程度(灵敏度)本身并没有太大差异,锤头鲨的优势主要在于可搜索范围的广度。也就是说,头翼与其说是为了“感知得更敏锐”,不如说是为了“搜索得更广”而演化出来的。即便同样具备电感受能力,其使用方式也会因身体形态而有所不同。
头部是兼具舵和眼睛功能的多功能部件
头翼的作用并不仅限于电觉。扁平延展的头部在水中如同舵或翼一般发挥作用,被认为有助于急转弯等动作。左右分得很开的双眼扩大了视野范围,相距较远的鼻孔也有利于判断气味的方向。也就是说,锤头鲨那奇特的头部,正是把电觉、视觉、嗅觉、游泳性能等多种优势集于一身的演化“多功能部件”。人们逐渐认识到,即便是看起来奇特的形态,其背后也都各自蕴含着合理的意义。
双髻鲨的同类在世界各地有多个物种,头部的宽度和形状因物种而略有不同。在日本近海也分布有路氏双髻鲨(Sphyrna lewini)等,已知它们在夏季会成群洄游。了解这些生活在我们身边海域的鲨鱼的生态,也能成为我们重新审视自身海洋丰富程度的契机。不过,双髻鲨的许多种类在全球范围内数量正在减少,也是保护关注度很高的一类生物。
锤头鲨头部具备优势的原因
- 让罗伦氏壶腹在横向广泛分散排列,一次能搜索的面积更大
- 左右扫描海底,高效探测沙中的鳐鱼和比目鱼
- 依靠“搜索范围的广度”而非灵敏度本身,让捕猎更为有利
与嗅觉・侧线・视觉的协作——串联五感的捕猎流程
电觉虽然强大,但仅在极近距离才有效。鲨鱼之所以能够捕获远处的猎物,是因为它把多种感觉如同接力一般串联起来。让我们按照由远及近的顺序,来梳理一次捕猎的流程。
远距离依靠“气味”与“声音”
首先发挥作用的是嗅觉。鲨鱼能分辨出溶解在水中的极微量物质,据说部分物种即便血液被稀释到百亿分之一也能感知到。它们通过左右鼻孔接收到气味的时间差和浓度差,判断出气味来源的大致方向。与此同时,虚弱的鱼发出的低频声音和振动,也是来自远方的重要线索。
声音在水中传播的速度约为空气中的4至5倍,而且具有不易随距离衰减的特性。尤其是虚弱的鱼不规则挣扎时发出的低频声音,自古以来就已知能从远处吸引鲨鱼靠近。事实上,研究人员通过水下扬声器播放不规则的低频声音,已经证实能够吸引鲨鱼聚集。气味告诉鲨鱼“某处有猎物”,声音则告诉它“那附近有什么东西正在变弱”——这两种远距离传感器,正是启动捕猎的第一个开关。气味和声音虽然在方向精度上较为粗略,却在广阔的海洋中承担着把鲨鱼引导至猎物“大致所在位置”这一不可替代的作用。
中距离依靠“侧线”,临近时依靠“视觉”
当鲨鱼靠近猎物时,侧线成为主角。侧线是沿体侧和头部延伸的管状器官,其内部的感觉细胞(神经丘)能捕捉水的微小运动和压力变化,可以说是一种“远距离的触觉”。它能感知挣扎中的鱼所产生的水流,或游动动物身后留下的漩涡,即便在昏暗的海中也能实现接近。实验也表明,要准确追溯气味来源,侧线是不可或缺的(沿水流漩涡追踪的“涡流趋性”)。在最后的几米内,视觉也会加入进来,捕捉猎物的身形。
有趣的是,气味与水流并非“各自独立”,而是“一同被利用”的。在海中飘散的气味并非均匀扩散,而是随着水流形成细细的条纹或成团的漩涡流动。鲨鱼一旦感知到气味,便会用侧线读取这股水流来自何方,沿着水流溯源前进。这种“追踪漩涡的嗅觉(涡流趋性)”机制也已通过实验得到证实,鼻子与侧线的协作,能让鲨鱼比单纯朝浓度更高的方向前进快得多地到达气味源头。只把单一感觉单独抽出来考虑是看不出来的,感觉之间的相互协作,正是捕猎的本质所在。

最后一击靠“电觉”——保护眼睛咬合的瞬间
而在咬合之前的数十厘米,电觉承担着最终瞄准的任务。许多鲨鱼在咬住猎物的瞬间,为保护眼睛,会用瞬膜遮住眼睛,或把眼球向后缩入。也就是说,就在那一瞬间,鲨鱼是在“看不见”的状态下完成咬合的。即便如此依旧能准确捕捉要害,正是因为它不依赖视觉,而是感知着猎物的电场。用气味发现猎物,用侧线追踪,用视觉接近,最后用电流一击命中——正是这一流畅的接力,才使鲨鱼成为海洋中的猎手。
这种分工是灵活的,主导感觉会随环境而变化。在澄澈的白昼海域,视觉贡献很大;而在浑浊的海水、漆黑的夜晚或深海中,侧线与电觉所占的比重会增加。正因如此,鲨鱼才得以从几乎没有光线照射的深海,到浑浊的沿岸海域,再到外海的表层,栖息于如此形形色色的海域之中。若只依赖某一种感觉,是无法进入如此广泛多样的环境的。能够根据情况重新调整多种感觉权重这种“冗余性”,正是鲨鱼这一类群得以在地球上延续超过4亿年之久的力量源泉。
| 距离段 | 主要发挥作用的感觉 | 捕捉到的信息 |
|---|---|---|
| 远距离 | 嗅觉・听觉 | 气味物质・低频声音或振动 |
| 中距离 | 侧线 | 水流・压力变化・漩涡(远距离的触觉) |
| 近距离 | 视觉 | 猎物的身形・轮廓 |
| 极近距离(数十厘米) | 电觉 | 依靠生物电场确定的精确位置与要害 |
读取地磁的罗盘——电觉与导航
罗伦氏壶腹的作用并不仅限于捕猎。近年来备受关注的,是它与利用地磁(地球磁场)进行导航之间的关联。有些鲨鱼每个季节会洄游数百公里,某些物种甚至能横渡整个大洋。在标志物稀少的茫茫大海中,它们是如何保持航向的呢?
电觉为何能成为磁场线索
根据物理学定律,当导体在磁场中运动时会产生电压(电磁感应)。鲨鱼在作为导体的海水中游动,穿越地磁场时便会在体内感受到极其微弱的电场。从理论上讲,超高灵敏度的罗伦氏壶腹有可能以这种电场为线索,读取自身前进的方向或地磁场的强度。也就是说,电觉本身就有可能直接充当一种“电磁罗盘”。

实验展示的“地图般”的磁觉
2021年,发表于学术期刊《当代生物学》的一项研究,为这一设想提供了实验支持。研究团队把小型锤头鲨类的无沟双髻鲨幼体(bonnethead shark,弓头双髻鲨)放入配备了可人工产生磁场的线圈(梅里特线圈)的水槽中,重现了相当于捕获地点以南约600公里处的地磁条件。结果,被“误导”以为自己被带到南方的鲨鱼,仿佛要返回故乡一般,朝北方游去。这一结果表明,它们所具备的并非单纯的方位罗盘,而是一种能够推算当前位置的“地图般”磁觉。
不过,鲨鱼究竟是用哪个器官感知磁场的,目前尚未完全定论。除了罗伦氏壶腹的电磁感应学说之外,人们也在讨论鲨鱼体内是否携带磁铁矿(具有磁性的微粒)的可能性,或许是多种机制并用。关于这些感觉的研究至今仍在推进之中,这一领域正是一个不断被更新的前沿地带。海洋环境本身也在持续变化,正如海水温上升与渔业的变化所示,理解洄游生物的行为,在资源管理方面的重要性也在与日俱增。
为什么需要“地图”
只能知道方位的单纯罗盘,与能够推算当前位置的“地图”式感觉之间,存在着巨大的差异。方位磁石只能告诉你“北方在那边”,却无法告诉你“自己现在身处何方”。而地磁场则会因地点不同而在强度和方向上呈现平缓的变化。若能读取这种细微差异,就能获得类似纬度这样关于“自身所在位置”的线索。在无沟双髻鲨幼体的实验中,被误导以为被移至南方的鲨鱼之所以朝北游去,正是它们具备这种位置推算能力的证据。要准确返回故乡的繁殖场或觅食场进行洄游,这种地图般的能力被认为是不可或缺的。
随着地磁导航研究的推进,海洋保护区的设计,以及横跨洄游路线的海底电缆、海上风力发电等人工电磁场对鲨鱼行为可能产生怎样的影响,这一新的问题也逐渐浮现出来。保护海洋,不仅要考虑肉眼可见的栖息地,也要把生物所依赖的那些“看不见的线索”一并纳入考量。对这些感觉的研究,既是基础科学,同时也正在成为思考未来海洋利用方式的实践性基础。
“电”与“磁”本是一体两面
电与磁,是电磁这同一现象的两个侧面。在海水中游动的鲨鱼,仅仅穿越地磁场就会受到微弱的电场影响。正因如此,电觉器官本身就有可能直接成为方位的线索。捕猎的工具,同时也是横渡大洋的罗盘——鲨鱼感觉的顽强与巧妙,正体现于此。
人类与鲨鱼——把电觉运用于保护与渔业
鲨鱼的电觉,也以出人意料的方式与我们人类的生活相连。它们对电场敏感这一特性,正开始被应用于缓和鲨鱼与人类、渔业之间摩擦的技术之中。
用电流“温和地”驱离鲨鱼
鲨鱼对过强的电场会感到不适,因而倾向于回避。利用这一特性开发出来的,就是电子驱鲨装置。冲浪者、潜水员佩戴的小型设备,以及海水浴场的防护措施,通过释放强电场使鲨鱼难以靠近,各国都在开展相关研究并已投入实际应用。与用网或栅栏进行物理隔绝的方式不同,这种方法的优点在于能够在不伤害鲨鱼的前提下使其远离,成为人类与鲨鱼共存的一种选择。
减少误捕——渔业与生物的共存
意义更为重大的,是减少误捕(混获)。在以金枪鱼等为目标的延绳钓渔业中,非目标鲨鱼被误捕的问题已成为全球性课题。为此,人们正在推进相关研究,在鱼钩或渔具附近嵌入电场或磁铁,刺激鲨鱼的电觉使其不敢靠近。其效果因鱼种和条件而有所差异,并非万能,但在捕获目标鱼类的同时减少鲨鱼的牺牲——这被视为迈向可持续渔业的一步。就不浪费海洋资源这一课题而言,这与围绕废弃渔具的渔网回收举措,也有着共通的问题意识。
也不能忘记鲨鱼所发挥的重要作用。多数鲨鱼是位于食物链上层的捕食者,通过清除衰弱或患病的鱼类、调节猎物种群数量,维持着整个海洋生态系统的平衡。各地都有报告指出,一旦上层捕食者减少,其下方的生物就会过度增殖,导致藻场或珊瑚礁遭到破坏等意想不到的连锁反应。保护鲨鱼,绝不仅仅是拯救一个物种,更是关乎守护海洋这一庞大系统整体的健康。在思考日本海洋生物多样性时,处于顶端的鲨鱼这一存在同样不可或缺。
“不过度刺激”感觉这一思路
利用电流的驱鲨措施和减少误捕对策,同样需要谨慎对待。由于鲨鱼的感觉极其敏锐,过强的电磁场有时反而会使鲨鱼陷入混乱,或者反而引起它们的兴趣。其效果会因物种、年龄和状况而有所差异,目前尚不存在“无论何种场合都确实有效的万能装置”。正因如此,持续积累关于鲨鱼究竟如何感知何种电流这类基础研究,才是提升实用对策精度的关键所在。正确理解生物的感觉,本身就直接关系到人类与野生动物如何明智相处——这正是基础科学的深厚力量所在。

了解感觉,就是保护鲨鱼
世界上许多鲨鱼、鳐鱼种类因过度捕捞、误捕以及栖息地退化而数量减少,其中不乏令人担忧灭绝风险的物种。日本近海也栖息着多种多样的鲨鱼,其生态至今仍有许多未知之处。了解鲨鱼如何感知世界、如何行动,正是避免无谓冲突、保护它们的基础。在“可怕的捕食者”这一形象背后,隐藏着一种拥有地球上最精密电传感器的精妙生物——正是这种理解,才是守护整个海洋生态系统的第一步。

我们能做的事
- 不把鲨鱼一概视为“危险的恶者”,正确了解其作用与感觉
- 关注减少误捕的渔法,以及选择可持续水产品这一趋势
- 通过水族馆和科研信息的传播,关注鲨鱼和鳐鱼的保护
总结——地球上最精密的电传感器
鲨鱼的电觉,是仅凭“第六感”这一说法无法完全概括的、物理学与生物学精妙结合的产物。只要活着就无法停止的生物电场,被一种运送质子的胶状物质与数百个感觉器官读取出来,连藏在沙中的猎物都能被揭穿。它与嗅觉、侧线、视觉分工合作,在最后的数十厘米切换为电觉完成捕猎。而这同一器官,甚至有可能成为横渡大洋的罗盘——可以说,鲨鱼是把水这一导体的特性运用到极致的生物。
了解这种精妙的感觉,也催生出驱鲨、减少误捕等共存技术,成为保护鲨鱼的基础。学习海洋生物的感觉,最终会通向对海洋本身更深入的了解与珍视。
本文总结
- 鲨鱼的电觉(电感受)是一种被动探测活体猎物泄漏出的微弱生物电场的机制
- 罗伦氏壶腹具有“孔洞→运送质子的胶状管道→感觉细胞”这一三层结构,探测下限约为每厘米5纳伏,是动物界中数一数二的灵敏度
- 电觉仅在极近距离内有效。卡尔米金的实验通过对沙中猎物和电极的攻击,证明了电觉引导着捕猎行为
- 双髻鲨扁平的头部是扩大搜索面积的巧思,并非用来提高灵敏度本身
- 捕猎通过气味→声音→侧线→视觉→电觉的接力完成,咬合瞬间会保护眼睛,靠电觉进行瞄准
- 2021年针对无沟双髻鲨幼体的实验,展示了“地图般”地磁导航的可能性,电觉也有可能成为洄游的罗盘
- 理解电觉,有助于驱鲨、减少误捕等技术的发展,从而促进鲨鱼与人类的共存与保护
参考文献・出处
- 日经科学 – R.D.菲尔兹《鲨鱼的第六感:捕捉猎物的电觉》(2007年11月号)
- 实验生物学杂志 – Kalmijn, A. J.《鲨鱼与鳐鱼的电觉》(1971年)
- 科学进展 – Josberger等《罗伦氏壶腹胶状物质中的质子传导性》(2016年)
- 实验生物学杂志 – Gardiner & Atema《鲨鱼需要侧线来定位气味来源:趋流性与涡流化学趋性》(2007年)
- 实验生物学杂志 – Kajiura & Holland《幼年路氏双髻鲨与沙洲鲨的电感受》(2002年)
- 当代生物学 – Keller等《鲨鱼对地球磁场的地图式利用》(2021年)
- 科学报告(自然出版集团) – Anderson等《从实证观察看鲨鱼磁场感知机制》(2017年)
- 美国国家海洋与大气管理局渔业局(NOAA) – 鲨鱼(关于鲨鱼生态与感觉的解说)
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