动态分类

/
/
/
/
每条鱼都有自己的身份证,只要剖开它的脑子就能看见

每条鱼都有自己的身份证,只要剖开它的脑子就能看见

  • 分类:畅游馆
  • 作者:EVEE
  • 来源:科学大院
  • 发布时间:2024-05-27 15:33
  • 访问量:0

【概要描述】

每条鱼都有自己的身份证,只要剖开它的脑子就能看见

【概要描述】

  • 分类:畅游馆
  • 作者:EVEE
  • 来源:科学大院
  • 发布时间:2024-05-27 15:33
  • 访问量:0
详情

树木在生长的过程中会一圈一圈地长大,从而留下年轮,年轮不仅能记录树木的年龄,还能反应树木成长过程中的环境信息,因此对科学家来说非常重要。

 

但除了树木之外,我们也能在鱼的体内发现“年轮”一样的结构,它们同样在科学研究中具有重要作用——这种结构被称为耳石(Otoliths)。

 

鱼身体里的“年轮” (图片来源:参考文献1)

耳石并不是什么稀罕物件,大家在吃鱼的时候,尤其是吃石首鱼科的鱼类时(比如大黄鱼和小黄鱼),只要稍微留心,就会在鱼脑袋里发现两块小小的“石头”,这就是耳石了。

 


条纹鲈鱼体内的耳石 (图片来源:参考文献2)

 

 

耳石是硬骨鱼类成长过程中所形成的碳酸钙结晶,起到平衡和听觉的作用。

 

除了上面提到的作用,对于科学家来说,鱼的耳石还有着其他更重要的用途。

 

耳石是鱼的“身份证”

 

鱼类在通过鳃进行呼吸时,会从水中吸收钙离子,这些钙离子在进入耳石囊后会与碳酸根离子结合形成碳酸钙,在耳石囊内沉积形成耳石。硬骨鱼类大都具有三对耳石,分别是在内耳球囊(sacculus)里的矢耳石(sagitta)、瓶状囊(lagena)里的星耳石(asteriscus),以及椭圆囊(utriculus)中的的微耳石(lapillus)。

 

硬骨鱼类的三对耳石,以大黄鱼为例 

(图片来源:参考文献3)

 

对于大部分硬骨鱼类而言,矢耳石通常是最大的耳石,另外两对都比较小,但也存在例外,比如鲤形目及鲶形目的鱼类中最大的耳石其实是微耳石。

 

在早期的研究中,因为耳石具有物种的特异性,即不同鱼类耳石的形态差异显著,故而主要用于鱼类的物种分类。但值得注意的是,鱼类耳石的形状会随着其成长而发生变化,当它们成长到一定程度之后,耳石的形态才会趋于稳定。此时,耳石的形态才可用来鉴定不同的物种。

 

不同鱼类的耳石 (图片来源:参考文献4)

 

可能又会有人疑惑了,鉴定鱼的种类不能通过直接观察鱼类的形态特征吗?用耳石岂不是多此一举?

 

这还真不是,虽然鱼类的形态检索发展得更早,体系也更为全面,但有时候鉴别两种外形比较相似的鱼还真的很困难,这时候耳石的形态鉴别优势就体现出来了。举个例子,石首鱼科的鱼类在外形上就极为相似,但其耳石的形态差异十分明显,可以帮助人们快速定种。

 

小黄鱼(左)和棘头梅童鱼(右)都属于石首鱼科,但它们的耳石形状差异很大

(图片来源:参考文献5)

 

此外,在鱼骨化石的鉴定中,耳石也能起到重要作用。当鱼类死亡以后,软体部分很快就会消失,但耳石却不会立即分解,这让科学家们可以“不见其鱼,但知何鱼”。

 

如今,随着图像分析软件的发展,鱼类耳石的形态分析变得越来越便捷,科学家们可以很轻松地获取耳石的长、宽、高,以及轮廓等特征,这大大降低了用耳石来鉴定物种的难度。说不准大家以后也可以像使用识花软件一样,拍一张耳石的照片上传,就可以知道自己吃的是什么鱼了!

 

藏在耳石里的“时光”

 

除了用在鱼类的分类中外,耳石还能用来鉴定鱼类的年龄

 

将鱼类的耳石进行切割、研磨、酸蚀、涂金后,再将其置于显微镜下,我们就能看到一圈圈的耳石年轮。下图是一条鳟鱼的耳石的横截面,大家比照着标记是不是可以很容易地数出这条鱼的年龄?(鲸身上也有类似“暴露年龄”的构造)

 

鳟鱼耳石的横截面 (图片来源:参考文献6)

 

鱼类耳石年轮的成因和树木年轮的成因没有本质区别。对树木而言,春夏时节,雨水充足,树木会把握时机,快速生长,这时生长出的木材颜色较浅;而到了秋天,雨水减少,温度降低,树木的生长变得缓慢,长出的木材颜色就比较深。长此以往,这样明暗交替的圆环就构成了树木的年轮。

 

树木的年轮 (图片来源:veer图库)

 

鱼类的新陈代谢活动贯穿于其生长、发育、繁殖直到死亡的全过程,每天鱼类的耳石外部都会沉积一层新的碳酸钙。由于鱼类生长的季节性变化,耳石的“生长”速度在不同的季节间也存在差异:春夏季节,食物充足,鱼类生长迅速。耳石也在快速生长,此时耳石形成的环纹宽且稀疏;但随着季节进入秋季,水温下降,食物减少,鱼类的生长开始减慢甚至停止,耳石的生长也开始减慢,此时形成的环纹狭且致密

 

大家可以仔细看看下面这张图,是不是能很明显地看出较宽的明带和狭窄的暗带在耳石的横截面上交替排列?明带和暗带间明显的分界线其实就是年轮,而一年之中形成的明带和暗带合称为年增量,也就是耳石一年“生长”的总量。

 

厚头平鮋耳石年轮示意图 (图片来源:参考文献4)

 

相比于其他用于鉴定鱼类年龄的特征,如鳞片、脊骨、体型等等,耳石具有精确度较高的优势。因为耳石的生长伴随了鱼的一生,即便鱼体的生长停滞了,耳石的“生长”也仍在继续。这让耳石更适合于鉴定高龄鱼类和生长缓慢的鱼类的年龄。

 

鱼的“年轮”,解密环境变化的钥匙

 

正如前文所说,鱼类的耳石是其呼吸时摄入的钙离子沉积后形成的,在这个过程中,水体中的其他元素也会从鱼鳃进入鱼的体内,并沉积在耳石之中。这意味着鱼类耳石中化学元素的变化其实记录了其生长过程中环境的变化情况,故而通过分析耳石的形态和化学组成,可以帮助我们了解鱼类的生活史特征和栖息环境的变化

 

2010年,墨西哥湾外海的一个名为深水地平线(Deepwater Horizon)的深海钻油平台发生井喷并爆炸,导致了严重的漏油事故(Deepwater Horizon oil spill)。漏油事故发生后,钻井平台附近大范围海域的水质受到污染,不少鸟类,海洋生物,乃至于植物都受到严重的影响,而鱼类的耳石也忠实地记录下了这一严重的事故。

 

墨西哥湾漏油事故 (图片来源:维基百科)

 

要知道,石油虽然主要由碳氢化合物组成,但同时还含有镉、锌和铜等多种微量金属元素,也就是说,被污染水域的鱼类耳石中应该也会有这些金属的沉积。基于这一推测,科学家们收集了墨西哥湾的各种鱼类并获取了它们的耳石,进行了相关的检测。结果显示,在漏油事故后,这些鱼类耳石中镍元素和锌元素的浓度确实发生了很明显的增加。

 

耳石除了可以用于监测原油泄漏这种重大事故,甚至还可以用来了解鱼类生活水域的含氧量。这里需要介绍一个小知识,当氧气含量非常低时,水体中的锰就会溶解,所以鱼类耳石中的锰元素含量就可以作为一种低氧的示踪剂,记录鱼类生长水域的含氧情况。这一想法已经被研究人员成功地应用于追踪波罗的海鳕鱼的缺氧暴露情况。

 

毫无疑问,鱼类的耳石就是一把解密环境变化的“钥匙”,如果可以对鱼类的耳石化石进行类似的研究,那我们甚至可以获取几万年前河流的环境信息,在将这些数据与现代记录进行比较后,人们就可以评估鱼类栖息地环境条件的变化。

 

在2012年的一项研究中,科学家们从澳大利亚墨累河下游区域沿岸的原住民遗址中发掘出了鱼类的遗骸,其中就有鱼类的耳石化石。在对这些耳石中的微量元素进行了分析之后,他们发现这些被捕获的鱼类应该生活在淡水水域中,但同一水域在如今的盐度却很高。鱼类的耳石就像一颗“时间胶囊”,记录了河流中环境的变化,讲述着沧海桑田的故事。

 

鱼类的耳石化石 (图片来源:参考文献1)

 

大家在下次吃鱼的时候,会不会留下耳石细细端详呢?

 

参考文献:

[1] Disspain, M. C., Ulm, S., & Gillanders, B. M. (2016). Otoliths in archaeology: methods, applications and future prospects. Journal of Archaeological Science: Reports, 6, 623-632.

[2] Morais, P., Dias, E., Cerveira, I., Carlson, S. M., Johnson, R. C., & Sturrock, A. M. (2018). How scientists reveal the secret migrations of fish. Frontiers for Young Minds, 6.

[3] 邓维德, 赵亚辉, 康斌, 张春光, & 叶恩琦. (2010). 耳石在鱼类年龄与生长研究中的应用. 动物学杂志, (2), 171-180.

[4] 王英俊, 吴莹莹, 邹琰, 刘童, 刘莹, 官曙光, 宋爱环, 刘洪军. (2020). 鱼类中的小耳石大世界——浅谈硬骨鱼类中的耳石. 中国水产, (06), 105-107.

[5] 张硕, 张潇, 高世科, 孙文. (2023). 海州湾海洋牧场区两种石首鱼科鱼类耳石形态特征与生长特性. 生物学杂志, 40(4), 62-69.

[6] Bartz, K. K., von Biela, V. R., Black, B. A., Young, D. B., van der Sleen, P., & Zimmerman, C. E. (2022). Fish ear stones offer climate change clues in Alaska's lakes. Frontiers for Young Minds.

[7] Granneman, J. E., Jones, D. L., & Peebles, E. B. (2017). Associations between metal exposure and lesion formation in offshore Gulf of Mexico fishes collected after the Deepwater Horizon oil spill. Marine Pollution Bulletin, 117(1-2), 462-477.

 

作者:EVEE

作者单位:北京大学生命科学学院

扫二维码用手机看

相关内容

【人民日报】我国深海考古取得重大发现
查看详情 白箭头 黑箭头
第14届全国海洋知识竞赛收官
查看详情 白箭头 黑箭头
菲律宾拿国际海洋法庭咨询意见炒作“南海仲裁”,外交部回应
查看详情 白箭头 黑箭头
LONGO CUSTOMS SERVICE

中国海洋大学出版社有限公司

关注我们

留言应用名称:
客户留言
描述:
验证码

Copyright© 2021 - 2025 | 海洋欢乐谷 中国海洋大学出版社有限公司 | 鲁ICP备07502856号 | 中企动力  青岛  | 海洋欢乐谷.中国 | 海洋欢乐谷.cn | 海洋欢乐谷.net | 海洋欢乐谷. com