行尸走“鱼”,死了都要溯河而上
2022-03-22
不平静的水槽
1911年,冯·卡门在哥廷根大学当助教时,他的同事设想把一根圆柱体立在一个水槽里做一项流体力学实验,但是每次做实验时,水槽中的水流都会不断地发生激烈的摆动。不管如何调整,都不能解决这个问题。
正所谓“当局者迷,旁观者清”,冯·卡门好奇地研究了起来。他发现,水流经过圆柱体后,会在物体后方形成漩涡。如果物体两侧的漩涡呈反对称,并且排列的间距数值和相邻漩涡间距数值之间的比值固定在某些数值时,这些漩涡就会停留在原地,并且围绕原来的位置做小范围的环形运动。
这听起来感觉很深奥,其实在自然界中,卡门涡街很常见。如水流过岩石、桥墩、船舶,风吹过高楼、高塔、电线等障碍物后,在障碍物后方都可能会形成卡门涡街。障碍物的后部两侧会周期性地出现一条涡街,两队排列整齐的、旋转方向相反的漩涡各自占据“大街”的一边。而在“街道”的中心,则会产生一股方向朝着障碍物的水流或者气流。如果有物体正好位于“街道”中心,则会被这股气流或水流裹挟着冲向障碍物。
于是,我们能观察到一种反直觉的现象:水流冲过障碍物,不仅没有把障碍物后面的物体推远,反而让它们更靠近障碍物了。
虹鳟的旅行
有一种鱼虽然失去了生命,但是依然能够继续游泳,并且还能逆流而上。是不是很神奇?这个奇迹的创造者就是虹鳟。
虹鳟长大后,沿着身体两条侧线会长出一条彩虹模样的棕红色纵纹,这就是它名字的由来。
虹鳟不是三文鱼,但它们同为鲑科,是亲戚。虹鳟隶属于太平洋鲑属,也叫大马哈鱼属。而正宗的三文鱼则隶属于鲑属,叫大西洋鲑。
然而,商业语境里的三文鱼不是一个严格的生物学名词,它是指一个商品类别,泛指大马哈鱼属和大西洋鲑属的很多食用鱼类。所以,虹鳟也被称作淡水三文鱼。
正宗的三文鱼,即大西洋鲑,小时候在淡水河流中生活1~6年,然后顺流而下,到沿海海域去生活。当它们发育成熟后,就会逆流而上,成群结队地返回其出生的淡水河流上游的小溪中,繁殖产卵。之后,这些成年三文鱼溯流而下,回到沿海海域,等到下一個繁殖季到来时,继续逆流而上,繁殖产卵。三文鱼产下的卵在淡水中孵化,小鱼在淡水中长大,直到它们有足够的力气可以完成奔向大海的旅行。
而太平洋鲑属的虹鳟一生只产一次卵,产卵后即死去。在虹鳟隶属的太平洋鲑属中,目前只发现硬头鳟是在淡水和海水中进行洄游的,其他绝大多数鱼类终生生活在低温淡水中,平时生活在中下游,繁殖季节溯河而上,到上游的溪流中产卵。
游动的“丧尸”
成群结队溯河而上时,总有些不幸运的家伙,或因意外事故或因体力不支而丧生。这些不幸的个体虽死犹生,仍然跟着大部队继续前进。原来,死鱼陷在了卡门涡街里,不得解脱。
虹鳟是怎样陷入卡门涡街的?原来,活着的时候,虹鳟就专门追着卡门涡街前进。比如,它们一路上专挑石头后面的路径前进,从一块石头后面游到下一块石头后面。水流从上游冲下来,绕过石头,会在石头后面产生卡门涡街,于是产生了一股向着上游方向的水流。聪明的虹鳟只要配合卡门涡街两侧的反对称对流进行摇摆,就能轻松地被水流推送至上游。
借助卡门涡街,虹鳟只要调动很小一部分的肌肉、耗费很少的能量,就可轻松地逆流而上,这个过程甚至无须大脑来参与。虹鳟从死亡到产生尸僵还有段时间,在这段时间里,虹鳟仍可被动地被水流推着摆动,迎合卡门涡街的节奏,好像活鱼一样。于是,我们就看到了一部虹鳟“丧尸行”。
在海洋中,鲸鱼、海豚总爱追着轮船跑,就是借助卡门涡街搭便船,甚至在它们死后,还会继续跟着轮船前进一段距离。鱼聚集成群,大雁成“人”字或者“一”字飞行,也是在利用卡门涡街前进。
但是,卡门涡街有时也会带来危险。水中屹立的物体周围经常会出现卡门涡街,把靠近物体的生物拘束住,并使生物不断地靠近物体,没法逃离。所以,我们在海边、在河边时,尽量不要靠近水中的石头、建筑物,以免被吸住,无法摆脱。
1155500511375