作者：王涵 | 煙臺市海洋經(jīng)濟(jì)研究院

第十五屆全運(yùn)會(huì)游泳賽事已于本周正式拉開戰(zhàn)幕，潘展樂的表現(xiàn)無疑是焦點(diǎn)之一。回望一年前巴黎奧運(yùn)會(huì)的游泳比賽，他在100米自由泳決賽中以46.40s（平均成績2.155m/s）的成績奪得金牌并刷新了世界紀(jì)錄，被稱為新一代“中國飛魚”。要說誰游的比潘展樂還快？在陸地上，這個(gè)答案可以是早些年的孫楊、可以是緊追不舍的波波維奇，還可以是剛在全運(yùn)會(huì)上奪得了200米、400米自由泳金牌的小將張展碩。但當(dāng)我們?nèi)?strong>蔚藍(lán)海洋中尋找答案時(shí)，人類所有巔峰記錄就顯得微不足道。在那里，諸多高手憑借它們的獨(dú)特技巧游得比潘展樂還快，這能說嗎？！

能說！圖源自直播截圖

好，歡迎來到今天海洋游泳大賽的現(xiàn)場，現(xiàn)在請我們的選手們閃亮登場吧！

水母：節(jié)能型游泳選手

第一位出場選手是水族館的常駐明星，在斑斕燈光映照下，隨著傘狀體的收縮與舒張，它如一朵小云般在水中悠然飄游……優(yōu)雅的水母似乎總能引人駐足，據(jù)說它的游動(dòng)頻率與人類放松狀態(tài)下的腦電波頻率相近，凝望片刻，焦慮便悄然消散。

優(yōu)雅美麗的水母，圖源自網(wǎng)絡(luò)

水母選手的誕生最早可追溯到6億年前，儼然是地球的元老級成員了，結(jié)構(gòu)也極其簡單——沒心沒肺，甚至沒有大腦，只有基本的攝食和生殖功能來解決吃飯和傳宗接代兩大需要。但后來科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這老家伙的游泳方式可并不簡單。

海洋生物的游泳方式主要有兩種，不少無脊椎生物比如水母采用的是“噴射推進(jìn)”法，原理很簡單：水母的鐘狀體邊緣有一圈比較發(fā)達(dá)的肌肉，在舒張時(shí)快速把水吸到體內(nèi)的空腔，緊接著肌肉猛然收縮將水排出，借助這股反作用力向前游動(dòng)。你可能會(huì)想，這哪里復(fù)雜了？不就是牛頓教練第三定律嗎？另外還有一個(gè)問題：游泳需要強(qiáng)大的心肺功能作支撐，那沒心沒肺的水母怎么解決游泳時(shí)的消耗問題？除了日常搭個(gè)風(fēng)浪的便車，隨波逐流來節(jié)能前行外，水母還有什么省力的策略？

科學(xué)家們的發(fā)現(xiàn)情況可以解答上述一系列問題，那就是——渦流？！

為了一探究竟，他們在水箱里放了大量微小的彩色玻璃珠，并通過粒子圖像測速技術(shù)對渦流的產(chǎn)生和助力方式進(jìn)行了分析。當(dāng)水母運(yùn)動(dòng)時(shí)，鐘狀體的舒張除了吸水外還順帶產(chǎn)生了一對渦流，由此產(chǎn)生的低水壓引得后方的高壓水流涌向水母，免費(fèi)送它一程；隨著鐘狀體的收縮和舒張，其邊緣還會(huì)產(chǎn)生另一對方向相反的渦流，這兩對渦流相互排斥又相互攜手，共同產(chǎn)生了一堵“虛擬水墻”，在水母游泳周期的間隙將水卷入水母的鐘狀體下方，合力推動(dòng)水母持續(xù)前進(jìn)。有科學(xué)家稱這種機(jī)制為“被動(dòng)能量重新捕獲效應(yīng)”(passive energy recapture，PER)，文獻(xiàn)表明這個(gè)助力可以占到水母前進(jìn)距離的30%，果然姜還是老的辣。雖然不同水母的泳姿因體型和運(yùn)動(dòng)方式而略有差別，但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，無論哪種水母，都不約而同地掌握了駕馭渦流的訣竅。

海月水母運(yùn)動(dòng)的示意圖，有沒有流體力學(xué)大神能，在評論區(qū)講一下具體的受力分析？圖源自文獻(xiàn)2

但管水母是其中的特例，因?yàn)槟泳兔黠@與正常水母不一樣。最初它只是一個(gè)微小的個(gè)體，但通過無性繁殖不斷Ctrl C + Ctrl V成一條漂浮在海中的長繩子。這無數(shù)個(gè)個(gè)體抱團(tuán)取暖匯聚成一個(gè)大家族并各司其職，有負(fù)責(zé)找吃的，有負(fù)責(zé)繼續(xù)克隆壯大家族，當(dāng)然也有壯漢專門負(fù)責(zé)游泳——它們整齊排列在管水母頂端，依舊保留著鐘狀體標(biāo)志性形狀，被稱為“泳鐘”，這其中年輕的、個(gè)頭小一些的個(gè)體在最前面掌管方向盤，年長一些的成員則會(huì)加大馬力，拼命的噴射推進(jìn)，規(guī)劃著每日的深海旅程。

是的，這一長條都是管水母，盤旋在澳大利亞深海，最外圍圓形直徑約47米，預(yù)測體長120m。圖源自網(wǎng)絡(luò)

讓我們來仔細(xì)看一下泳鐘部分（a圖），排在前面的是年輕的個(gè)體，越往后的是更年長的個(gè)體。我們通過個(gè)體2和12看出，它倆的橫截面積（b）、出水口的方向（c）和噴射角度（d）都不一樣。年輕個(gè)體噴射出垂直于中心軸的水流，易于改變前進(jìn)的方向；年長的個(gè)體噴射出更平行于中心軸的水流，產(chǎn)生更大的推力。圖源自文獻(xiàn)3

還有另一位晶瑩剔透的選手與水母同時(shí)進(jìn)場，它叫樽海鞘，來自南大洋深水的寒冷海域，也巧妙地運(yùn)用著噴射推進(jìn)技術(shù)在大海中徜徉。但不同于水母同側(cè)不同方向吸水噴水，樽海鞘花瓶一樣的中空結(jié)構(gòu)能夠從一側(cè)吸水、另一側(cè)噴出，這個(gè)過程中順帶解決了就餐問題，一舉兩得。另外估計(jì)是借鑒了管水母的生活智慧，它決定也抱團(tuán)取暖，短時(shí)間內(nèi)通過無性繁殖克隆出一列深海小火車，每節(jié)車廂都會(huì)在不同的時(shí)刻啟動(dòng)噴射推進(jìn)，完美的協(xié)同合作使得它們在深海像一團(tuán)白色旋風(fēng)，又如蛇一般蜿蜒的游動(dòng)。值得一提的是，樽海鞘是開管式血液循環(huán)系統(tǒng)，血液能直接流經(jīng)細(xì)胞，血流方向隔幾分鐘就會(huì)顛倒一次更是目前自然界獨(dú)一無二的存在。

排成一列的深海列車，圖源自網(wǎng)絡(luò)

雖然水母深諳節(jié)能與合作，但身體結(jié)構(gòu)的短板導(dǎo)致它們速度難以取得突破，在噴射推進(jìn)領(lǐng)域仍有其它耀眼的選手。

頭足類：噴射推進(jìn)游泳的專業(yè)實(shí)踐者

水母沒有心，而頭足綱游泳隊(duì)的隊(duì)員們有三顆心，更高級的身體結(jié)構(gòu)使得它們把噴射推進(jìn)技術(shù)玩的爐火純青。

正如其名字所言，它們的頭部位于眼睛附近，下面伸展著八只或者十只靈活的腕足，頭上面外套膜包裹著內(nèi)臟的一大團(tuán)是胴部，相當(dāng)于人類的肚子。三兄弟中經(jīng)常被鐵板的魷魚，是牛頓教練最虔誠的弟子，也是噴射推進(jìn)機(jī)理研究者鐘愛的研究對象。

一起區(qū)分一下夜市三兄弟吧！圖源自網(wǎng)絡(luò)+自制

在游泳時(shí)，魷魚通過頭部兩側(cè)的開口將水吸入外套膜，它將套膜急速擴(kuò)張，把自己壓得更薄，只為騰出空間瘋狂囤水；隨后外套膜兩邊上好鎖，它集中全身力量收縮肌肉，用巨大的壓力將水從頭部腹面唯一的出水口——我們稱之為漏斗的地方噴出。狹窄的噴口噴出急速水流，產(chǎn)生了火箭一般強(qiáng)大的反作用力，這個(gè)力度甚至能沖出水面，加之類流線型的身材，魷魚的游泳速度最快能達(dá)到5-10m/s（體型大的魷魚會(huì)更快），不僅力壓水母，更是打破了潘展樂的最佳記錄。

手指的地方就是魷魚的漏斗，與之配套的還有其后端兩側(cè)與外套膜相連的軟骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，稱為漏斗鎖，作用是連接胴體和漏斗，確保在運(yùn)動(dòng)時(shí)水只從漏斗口出來而不從胴體周邊出來。圖自拍

為了吸取更多的水分，魷魚把自己的外套膜變薄，儲(chǔ)存更多水分。在普通的游動(dòng)中，它吸水后并不會(huì)全部噴射出去（噴出35%左右），而后再次吸水噴水。吸水時(shí)用鰭的擺動(dòng)輔助前行。圖源自文獻(xiàn)4

魷魚內(nèi)的海水流動(dòng)示意圖，圖源自文獻(xiàn)6

當(dāng)然，智商高的頭足類怎么可能少了自己的游泳小秘籍。它們的噴嘴自帶智能調(diào)節(jié)：在噴水開始的瞬間噴嘴火力全開，隨著外套膜內(nèi)水量慢慢的減少，噴嘴也會(huì)跟著縮小，以此實(shí)現(xiàn)動(dòng)力最大化；另外在噴射的過程中，噴嘴能在半球內(nèi)360°隨意旋轉(zhuǎn)，輕松控制前進(jìn)方向，堪比30年駕齡司機(jī)的方向盤。

不趕時(shí)間時(shí)，頭足類會(huì)切換成放松模式，利用胴部的鰭做波浪狀擺動(dòng)，優(yōu)哉游哉的向前向后、垂直上下游動(dòng)欣賞著風(fēng)景，墨魚對此尤為偏愛，魷魚的鰭更多的是保持平衡。

墨魚正在波動(dòng)它的鰭，圖源自網(wǎng)絡(luò)

章魚大多沒有鰭，噴水推進(jìn)的能力也比較弱，所以選擇組合運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)方式。爬行是其中之一，除了一個(gè)主腦外，它還派八個(gè)副腦（其實(shí)是神經(jīng)節(jié)）各管理一只腕足，為了避免八條腿同時(shí)走路腳忙腳亂，它每次只使用其中的兩三只腕足交替前行，其余的就盤起來。這種方式蠻接近人類的，你是不是正在用兩根手指在手機(jī)上打字呢？（）當(dāng)然智慧的章魚還能猛地收縮頭冠部一鍵起飛，或伸縮腕間膜像水母一樣游泳，或完全張開腕間膜像小傘一樣漂流；少數(shù)有鰭的章魚會(huì)用鰭來幫助游泳，比如我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的飛天煙灰蛸，它如小飛象一般煽動(dòng)耳朵在深海飛翔，非常可愛。

飛天小章魚，圖源自文獻(xiàn)14

當(dāng)危險(xiǎn)來臨時(shí)，頭足類迅速切換為緊急模式！把鰭緊緊的貼在身上，將外套膜吸水到“超膨脹”的狀態(tài)，連續(xù)高速噴水，節(jié)省下吸水的時(shí)間迅速逃之夭夭。

另外，科研工作者們也在魷魚前進(jìn)的后方觀測到了渦流的存在。對于小魷魚來說，渦流會(huì)明顯提高其游泳效率；而對移動(dòng)速度快如離弦之箭的大魷魚來說已經(jīng)微不足道，因?yàn)闇u輪產(chǎn)生時(shí)，它此出已遠(yuǎn)。

值得一提的是，頭足類之所以能如此高效地游泳，還得歸功于它們的循環(huán)保障團(tuán)隊(duì)。大多數(shù)頭足綱有三顆心，因?yàn)樗鼈兪褂眯瘦^低的來輸送氧氣，一個(gè)主心臟屬實(shí)忙不過來，所以不得不進(jìn)化出另外兩顆鰓心臟專門為鰓供血，以滿足在游泳時(shí)超高的氧氣和能量消耗。有了這兩個(gè)小弟，噴射推進(jìn)游泳時(shí)主心臟干脆罷工了！因?yàn)橥馓啄さ膭×一顒?dòng)會(huì)暫時(shí)性的壓迫血管導(dǎo)致血液斷供，與其做無用功，心老大干脆躺平休息到游泳結(jié)束，這期間可是苦了倆小弟繼續(xù)支撐血液循環(huán)，為辛苦工作的肌肉輸送養(yǎng)分。正因?yàn)檫@種生理機(jī)制，頭足類并不會(huì)頻繁的噴射推進(jìn)游泳，畢竟主心臟不能一直躺平，鰓心臟也不能一直加班。

頭足綱游泳隊(duì)的選手們正在出發(fā)臺熱身，但被旁邊選手突然發(fā)出的鼓掌聲嚇了一跳！哇，水池都被它們噴出的墨染黑了！

扇貝：自我激勵(lì)+

爆發(fā)式短距離游泳選手

想不到吧，今天出場的游泳選手里竟然還有扇貝？！而它正在出發(fā)臺為自己鼓掌打氣！

大眾印象里，扇貝、蛤蜊等多種雙殼貝類都是默默沉寂在泥沙中被趕海的人挖掘，或者是安靜的躺在海鮮市場的攤位上，等待成為食客們的蒜蓉粉絲套餐……唯一的動(dòng)態(tài)就是我們偶爾經(jīng)過蛤蜊的攤位時(shí)，可能會(huì)被水流滋一身。

但貝類的生活方式可謂五花八門，多數(shù)瓣鰓綱貝類，比如我們常見的蛤（gé）、蚶（hān）、蟶（chēng）都是過埋棲生活，它們平時(shí)用發(fā)達(dá)的足把全部或者部分身體埋在泥沙中，有的悄悄伸一條水管出來呼吸、吃飯和排泄；腹足綱的鮑魚和部分螺類走匍匐生活路線，它們通常在巖礁或?yàn)┩可线M(jìn)行短距離匍匐前進(jìn)，其寬闊而平滑的大腳頗有陸地蝸牛的風(fēng)范；牡蠣是固著生活的肥宅，長大后的它緊緊貼在海邊礁石，任憑風(fēng)吹浪打也絕不挪窩；貽貝（也叫海虹或青口）、珠母貝、扇貝則選擇附著生活，它們用細(xì)細(xì)的足絲附著在硬物上，不同于牡蠣的固執(zhí)，附著生物們遇到危險(xiǎn)時(shí)毫不戀舊，揮劍切舊絲，隨時(shí)從獐子島跑路。

從左往右依次是蟶子、鮑魚、牡蠣、扇貝，當(dāng)然大家可能更喜歡它們在餐桌上的樣子。圖源自網(wǎng)絡(luò)

那扇貝，這種我們再熟悉不過的雙殼貝類怎么去尋找新家園呢？它沒有寬闊平滑能匍匐的大腳，也沒有能肌肉發(fā)達(dá)到能挖泥沙的足，于是它選擇了一個(gè)讓人目瞪口呆的方式——游泳?？偸呛艹聊纳蓉悾P(guān)鍵時(shí)刻選擇在沉默中爆發(fā)，你可以碾碎它，也可以吃掉它，可你沒法在心理上打敗它。

作為貝類（除頭足綱外）的獨(dú)苗選手，扇貝同樣也采用了噴射推進(jìn)的游泳方式，它從熱身開始就拍動(dòng)著雙殼給自己鼓掌加油，在水中亦是如此。我們愛吃那潔白且有嚼勁的貝丁，正是這位健身達(dá)人鍛煉出的超強(qiáng)閉殼肌，它能精準(zhǔn)控制兩片貝殼的張合并完成一個(gè)游泳周期：第一步，閉殼肌舒張時(shí)，扇貝從四面八方吸進(jìn)一大口海水到外套膜里；第二步閉殼肌收縮，雙殼擊了一個(gè)響亮的掌后閉合，此路不通，水流只能轉(zhuǎn)而從鉸鏈兩邊的空隙中快速擠出；第三步，借助反作用力優(yōu)雅滑行出十幾厘米遠(yuǎn)。不到0.3秒，扇貝就能完成一個(gè)游泳周期，最高瞬時(shí)速度可以達(dá)到30-50cm/s，別看每秒游動(dòng)的距離雖短，但扇貝的身高不過10厘米左右，已經(jīng)超出了自身長度的好幾倍，這樣算來其速度也可以媲美潘展樂了。

健身達(dá)人扇貝，圖源自網(wǎng)絡(luò)+自制。你以為這就是全部了嗎？

與先前幾位選手不同，扇貝擁有雙流射口，雖然不對稱的射流讓它們的起停階段有點(diǎn)踉蹌，但轉(zhuǎn)彎性能優(yōu)勢明顯增強(qiáng)，甚至能完成原地后轉(zhuǎn)等高難度動(dòng)作。

魷魚和扇貝游泳模式對比，圖源自文獻(xiàn)9

另一個(gè)優(yōu)勢是扇貝的外殼。其中有一側(cè)或者兩側(cè)有點(diǎn)鼓鼓的，從側(cè)面看去這不剛好是流線型嗎？水中運(yùn)動(dòng)的阻力看此情景繞道離去。

我會(huì)用我小而多的眼睛盯著你，嗯？圖源自網(wǎng)絡(luò)

殼體表面數(shù)十條放射狀的肋（溝槽結(jié)構(gòu)）也是深藏玄機(jī)。這又要請出我們之前講的渦流，它們會(huì)在扇貝前進(jìn)的過程中形成于這一條條小溝槽里，像穩(wěn)定滾動(dòng)的微型“軸承”，不僅將水流牢牢束縛在溝槽內(nèi)，減少了因邊界層分離產(chǎn)生的壓差阻力；同時(shí)還降低了湍流與貝殼表面摩擦，于是阻力們又搖搖頭離開了。寫到這里我突然想到，能不能在魷魚身上也整點(diǎn)溝槽結(jié)構(gòu)，它可能會(huì)游的更快？

同求流體力學(xué)大神解釋分析，海洋專業(yè)的作者CPU已燒，圖源自文獻(xiàn)8

雖然我們的扇貝選手爆發(fā)力強(qiáng)，可惜耐力稍弱，游一分鐘就氣喘吁吁得原地修整，但它堅(jiān)韌、樂觀的精神值得我們一直為它鼓掌歡呼。

魚類：游泳界的鉆石王者

我們在形容一個(gè)人游泳游得快時(shí)，使用的詞語是“飛魚”而非“飛貝”“飛魷”，說明在人類的認(rèn)知中，游弋四海的魚類才是海洋真正的主人，游泳是它們畢生的信仰和追求。那大海中魚才濟(jì)濟(jì)，派誰來參加比賽了呢？

一道閃電劈波斬浪，是金槍魚、劍魚和旗魚，它們擁有龐大的體型、強(qiáng)健的肌肉、尖銳的吻和高展的鰭，是天賦和努力最好的結(jié)合體。

從左往右依次是金槍魚、劍魚和旗魚，分辨它們的重點(diǎn)依次是像魚雷、嘴好尖、嘴也很尖+背上有小旗子，圖源自網(wǎng)絡(luò)

魚類的每一個(gè)部位為游泳提供了助力，為了更好的了解它們，我們將其全身大致劃分為四個(gè)系統(tǒng)。

動(dòng)力系統(tǒng)。魚類作為最古老的脊椎動(dòng)物，普遍采用了另一方式——“軀干-尾鰭擺動(dòng)”來游泳，并主要分成了三個(gè)泳姿門派。

以盤亮條順的鰻魚和鱔魚為代表的鰻式泳姿派。它們細(xì)長柔軟，從頭到尾化成正弦函數(shù)波動(dòng)身體來前進(jìn)，效率雖低卻穩(wěn)定。

鱒式泳姿派魚數(shù)眾多，鱒魚、鱸魚、鯡魚等大多數(shù)硬骨魚類都利用身體的后二分之一左右來產(chǎn)生波動(dòng)，在操控性和速度方面達(dá)到了一種平衡。

能加入鮪式泳姿派的魚類都是高精尖魚才，它們通常都有紡錘形的外觀和較高的尾鰭展弦比，僅依靠后三分之一或僅依靠尾鰭來產(chǎn)生超過90%的推進(jìn)力，其中快速游泳選手比比皆是，金槍魚就是這類泳姿的杰出代表。

三中泳姿：a）鰻行式，b)鱒行式，c)鮪行式，為了方便理解，其實(shí)還有鲹行式等其他幾種方式因?yàn)楸容^相近省略了。圖源自網(wǎng)絡(luò)

下面我們以鮪式泳姿派弟子金槍魚小藍(lán)為例，簡單講述一下它打怪修煉的旅程。

話說小藍(lán)在修煉過程中遇到了三個(gè)關(guān)卡。第一關(guān)小boss是一層粘稠的紗布，雖然柔軟但是如甩不掉的牛皮糖般貼在全身，拖慢了小藍(lán)前進(jìn)的腳步。此紗布真面目乃是“摩擦阻力”，由水體粘滯性作用在物體表面產(chǎn)生的切應(yīng)力生成。對付它的關(guān)鍵在于減少與水的接觸面積，或者接觸的表面足夠光滑，魚鱗和體表粘液就是魚類多年來與它斗智斗勇的結(jié)果。小藍(lán)也不例外，它的身體遠(yuǎn)看好像都沒有魚鱗，但仔細(xì)看才發(fā)現(xiàn)其鱗片極小、圓潤且緊密，幾乎形成了平滑的皮膚，于是這第一個(gè)boss輕松拿下。人類一看，這我得學(xué)?。?/strong>于是，貼身光滑的競速泳衣、被禁的“鯊魚皮”黑科技、刮除體毛、戴更貼合的硅膠泳帽……將對抗阻力的細(xì)節(jié)卷到極致，只為高手對決中游刃于毫秒之間。

自帶光滑泳衣的金槍魚，圖源自網(wǎng)絡(luò)

第二關(guān)的boss是一股打著旋兒的妖風(fēng)，真名叫“誘導(dǎo)阻力”，長得活像飛機(jī)翼尖白色霧狀渦流，來自于尾鰭上下不同的壓力差。深諳流體力學(xué)的小藍(lán)并不懼怕，直接亮出它的尾巴——如新月一般的高展弦比尾鰭，這展弦比與前進(jìn)時(shí)的阻力系數(shù)專門反著來，數(shù)值越高，阻力越低。這小boss還沒起勢，就被小藍(lán)輕松拿捏。

展弦比指的是翼展的平方與翼面面積之比，放在魚上就是尾鰭翼展的平方和尾鰭面積之比，圖源自網(wǎng)絡(luò)+自制

終于迎來了大boss！這可不是普通小怪，而是阻力的集大成者——一堵由形狀阻力砌成的高墻。我們小藍(lán)沒有絲毫畏懼，魚雷一般的身材就是它最天然的減阻武器，隊(duì)友小劍和小旗也毫不示弱，用又尖又長的吻一擊就刺碎了這堵墻。另外，尾鰭強(qiáng)有力的擺動(dòng)也自帶消阻設(shè)備，究其原因仍然是老熟人——渦流。我們且看它們對渦流的熟練駕馭：整個(gè)魚尾向左有力擺動(dòng)制造了一個(gè)旋轉(zhuǎn)渦流，到達(dá)最左側(cè)后，尾鰭調(diào)皮的上揚(yáng)又造成了一個(gè)方向相反的渦流；尾部回正使兩個(gè)渦流就此相遇，雖然它們方向相反，但并不妨礙它們形成一股強(qiáng)大的合力推魚兒一把。渦流的強(qiáng)度隨著尾鰭的力量和擺動(dòng)幅度而增加，但是它們的旋轉(zhuǎn)軸方向一直都是垂直于魚前進(jìn)的方向。

繼續(xù)召喚流體力學(xué)大神出現(xiàn)，圖源自網(wǎng)絡(luò)

除了鰻式泳姿派，其余派的魚類不只是在擺尾的后方會(huì)引起渦流，游泳時(shí)幾乎不動(dòng)的前半身也會(huì)造成一些渦流，它把與海底礁石、其它生物形成的渦流通通加以利用，全部變成了游泳的助力。所以說魚類真是天生的泳者。

來自Taggart, 1969

這還沒完，為了卷過對手，小藍(lán)狠心將自己尾柄削的更細(xì)以減少阻力，堅(jiān)信只要苦練肌肉就一定能游得更快。然而問題出現(xiàn)了：尾柄太細(xì)，不僅辛苦練出來的肌肉無附著之地，連高強(qiáng)度的游泳訓(xùn)練也難以承受。進(jìn)退兩難之際，小藍(lán)尾柄兩側(cè)逐漸演化出了小小凸起，這類似斜拉橋的支撐設(shè)計(jì)不僅為肌肉提供了附著點(diǎn)，還增強(qiáng)了尾柄部位的剛性，小藍(lán)和其它高速游泳的隊(duì)友們對提升速度更有信心了。

圖源自網(wǎng)絡(luò)

幸運(yùn)的是，由于小藍(lán)它們一直在水中潛泳，成功避開了困擾人類游泳的中boss——波浪阻力。人類也很無語啊，仰蛙蝶自，哪個(gè)都得露頭換氣，但出水就會(huì)有波浪，阻力也就隨之而來。曾經(jīng)有選手在比賽中全程潛泳一騎絕塵，但也因?yàn)檫`背了健康和技術(shù)公平又被禁止了。

除了使用軀干-尾鰭推進(jìn)的魚類，還有很少一部分魚使用其它鰭來作為游泳的推動(dòng)力，比如我們很熟悉的海馬（它屬于硬骨魚綱海龍目，是真正的魚），因?yàn)樗奈馋挕?，壓根沒有，所以只能依靠胸鰭和背鰭來游泳，結(jié)果可想而知，常年喜提游泳速度倒數(shù)第一名。

輔助平衡系統(tǒng)。魚類的游動(dòng)遠(yuǎn)不止尾鰭的功勞。胸鰭、腹鰭等成對出現(xiàn)的偶鰭，和背鰭、臀鰭等單獨(dú)支棱的奇鰭默契配合，共同保持魚身的平衡并輔助前進(jìn)、轉(zhuǎn)向。另外魚身兩側(cè)各有一條或者多條小孔連成的“側(cè)線系統(tǒng)”，能夠敏銳捕捉到水的流向和壓力變化，“看到”障礙物和天敵的位置等，為大腦提供高精導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

非常明顯的側(cè)線，大自然針線活不錯(cuò)。圖自拍

浮力系統(tǒng)。在大多數(shù)魚類的腹中有一個(gè)名為“魚鰾”的浮力調(diào)節(jié)器，正如阿基米德助教所說的，可以通過氣體排開水的體積改變自己在水中的浮力，從而節(jié)約一些擺動(dòng)的能量消耗。當(dāng)魚類想上浮時(shí)，鰾內(nèi)的腺體細(xì)胞會(huì)吸收血液中的氣體，膨脹的鰾讓整體密度變小，于是它飄了；當(dāng)它需要沉思時(shí)，鰾壁的肌肉收縮，將鰾內(nèi)氣體壓回血液，于是它深刻理解了低調(diào)才是生存之道。還有一些魚類的魚鰾內(nèi)壁有豐富的血管網(wǎng)，類似簡易的“肺”，能直接從空氣中吸收氧氣，輔助鰓進(jìn)行呼吸。

有的魚魚鰾是透明的，圖自拍

呼吸與供能系統(tǒng)。魚類的比賽大致分為兩種。一種是速度和爆發(fā)力的比拼，搶飯吃、躲避敵人的時(shí)候需要靠哥哥快肌（II型肌肉，白肌），它里面血管、肌紅蛋白和線粒體稀缺，因而面色發(fā)白，反應(yīng)迅速但后勁不足；一種是耐力的較量，洄游、日常巡游主要由弟弟慢肌（I型肌肉，紅肌）來負(fù)責(zé)，因?yàn)楦缓?、肌紅蛋白和線粒體而面色紅潤，擅長有氧持久戰(zhàn)。但我們的小藍(lán)可是兼顧速度與耐力的全能型選手，所以它的骨骼肌自然清奇。研究表明，并不是所有的慢肌都是白色的，快肌的2.0版本IIa型肌肉與慢肌類似，同樣富含血管和線粒體，也呈現(xiàn)紅色，因而像弟弟一樣相對適應(yīng)高耐力的有氧運(yùn)動(dòng)，又有哥哥的爆發(fā)力。白肌發(fā)紅，紅肌更紅，這一特征在我們的小藍(lán)上體現(xiàn)的最為明顯。

普通魚和金槍魚的快慢肌差別，圖自拍+網(wǎng)絡(luò)

小藍(lán)是海洋里少有的區(qū)域性恒溫魚類，熱量來源于紅肌在游泳中摩擦生熱，并通過獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)“逆流熱交換器”保存回收，并集中供應(yīng)給重要部位：它的頭部和眼睛可達(dá)27℃，肌肉甚至能到30℃，新陳代謝也一直處于高效狀態(tài)。為了提供足夠的能量，小藍(lán)有一顆比其它魚類更大的心臟，還有點(diǎn)心動(dòng)過速，即使在極寒的環(huán)境下，特殊的鈣離子泵也能保證厚厚的心室壁能將充足的血液和氧氣快遞到代謝高的部位。

這么高的新陳代謝，不得多獲取一些氧氣？水流過普通魚類柔軟的鰓部時(shí)，血管會(huì)薅出其中的氧氣送到全身血液。鰓肌已經(jīng)退化的小藍(lán)這樣可不夠，由于經(jīng)常高速游動(dòng)，它干脆一直張著大口，讓水流高速?zèng)_過鰓部，過濾網(wǎng)般密集的鰓片迅速濾出其中的氧氣，通過超薄的“水-血屏障”飛快擴(kuò)散到血液中。為了承受這樣劇烈的沖撞，它的鰓絲直接骨化，為這精密的呼吸器官內(nèi)置了堅(jiān)硬的鋼筋。

逆流熱交換器（左）骨化的鰓（右），來自文獻(xiàn)11、13。ABA：入鰓動(dòng)脈；AFA：入絲動(dòng)脈；EBAs：出鰓動(dòng)脈；EFA：出絲動(dòng)脈；F：鰓絲; GA：鰓弓; GＲ：鰓耙

而為了保持充足的氧氣供應(yīng)，小藍(lán)必須一直游到生命的終結(jié)，即使是睡覺也要保持每小時(shí)10-20公里的游速，否則就會(huì)因缺氧窒息而死。游泳是小藍(lán)的信仰和宿命，雖然潘展樂和其他選手們在速度上永遠(yuǎn)無法與之相較，但不斷突破自己的極限，在一方泳池中奔赴所愛，就是人類生命最極致的澎湃。

好了，今天的出場選手已經(jīng)集結(jié)完畢，在這場個(gè)性與速度的較量中，誰能真正的閃耀海洋泳壇呢？讓我們拭目以待！

“穿越最洶涌的季風(fēng)，且聽浪濤的回聲”。2024年巴黎奧運(yùn)會(huì)男子4*100米混合接力比賽是寫下這篇超長科普的契機(jī)。在過去的一年里，我反復(fù)聆聽這場浪濤的回聲，并均以熱淚盈眶結(jié)束，這不足4分鐘的比賽中濃縮了中國泳壇40年來的不懈努力。而放眼世間萬物，人類如此渺小，但我們對生理和智力極限的追求從未停止：我們沒有翅膀，但能在飛機(jī)里與鳥類共享長空，俯瞰白云悠悠和大地阡陌；我們沒有迅捷的四肢，但高鐵的超音速時(shí)代已經(jīng)呼嘯而來，將千里之遙縮成轉(zhuǎn)瞬之間；我們無法遨游深海，但現(xiàn)在蛟龍潛底、雪龍破冰，在深海和冰原中擊水奮進(jìn)；我們在古時(shí)候仰望蒼穹，在詩句中寄托對明月和星辰的向往，但現(xiàn)在火箭騰空的火焰和嫦娥探測器將人類與浩瀚的宇宙相連。

十年飲冰，熱血難涼

致敬大自然的每一種生物和每一個(gè)追求夢想的人類

愿我們的星球更美好

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編輯：亦山