金枪鱼的体形是最符合流体动力学要求的形状,也是人们在制造潜艇和鱼雷时模仿的对象。有人将金枪鱼称为鱼雷型的,实际上鱼雷才是金枪鱼型的。即金枪鱼的身体光滑、坚硬,且呈流线型;它在口后三分之一体长处最宽,然后逐渐变细,直至尾部。其他的一些尖嘴鱼和快速游泳的鱼类也具有类似的体型,而所有的硬骨鱼都是两侧对称的(即身体的左侧和右侧看起来是完全一样的)。缓慢游泳的鱼类则进化成各种各样的体形:瘦长的(例如颌针鱼)、蛇型的(例如鳗鱼),或是球形的(例如河豚)、扁平的(例如蝴蝶鱼、比目鱼)或是盒形的(例如江豚)(见彩图15)。有些鱼最初形状类似金枪鱼但随着生长而改变体形。这种形态上的转变最有趣的例子要数比目鱼,例如鲆鱼或鳎鱼。鲆鱼在海表面孵化出来后,体形类似金枪鱼,呈两侧对称。当小鱼渐渐长大,它的身体渐渐变薄,侧向变得扁平;它的一双眼睛向身体另一侧移动,穿过头部,在靠近相反侧的眼睛处“安家”。在这个过程的某一阶段,这种鱼的一侧是全盲的。但一旦当它开始水底生活,全盲的一侧就成为它向下的一侧。
金枪鱼背脊上的可缩回的鳍不仅能提高它游泳的速度,当它伸出的时候,也能帮助近距离地移动以及防止缓慢游泳时的转动。在背脊以及臀鳍的后面,沿金枪鱼上侧和底侧向身体后端,有一列小的帆状的鳍,通常被称作小鳍。研究人员猜想这些小鳍所产生的微小水流能减少水的阻力,就像高尔夫球上的有减小阻力作用的小坑一样。在缓慢游泳的鱼类中,宽大的胸鳍被用来“刹车”,腹鳍被用来做升降运动。对于某些鱼类来说,从金枪鱼的体形变到别的体形以及鱼鳍的改变使其获得了更大的灵活性。而另一些鱼类,变化很大的背鳍、胸鳍和腹鳍被用来做划船似的摆动,这种运动使鱼体能向各个方向游动,包括向后运动(例如箱纯[Trunkfish]、刺饨、饨、海马,以及鳞纯)。
金枪鱼的尾巴是另一个效率极高的、能提供动力的典型例子。当金枪鱼摆动它的坚硬的、分叉的、新月形的尾巴时,能产生极强的推动力。
在金枪鱼尾巴的基部,有两块花梗状的龙骨,也被认为是用来减轻尾鳍末端的紊流,以及降低尾鳍运动时所产生的阻力。缓慢游泳以及栖息在海底的鱼类的尾巴相比更宽,更加扁平,也更柔韧,更圆以获得更大的灵活性同时产生较小的力量。鳗鱼的尾巴和鳍进化成能使其产生一种高效的蛇行的运动。海马的尾巴已没有丝毫的游泳作用,而更像是猴子的能缠绕的尾巴一样,用于缠绕并抓住物体,例如海草、海藻以及珊瑚。
金枪鱼不仅游泳速度快,而且在短时间内或长距离的迁移中能游得很长。人们曾观测到金枪鱼在远距离的迁移中(很可能是为了寻找食物)每晚能游15公里。在一次对金枪鱼迁移的研究中发现,一条游泳能力强的金枪鱼在50天内,游过了从巴哈马到挪威将近10000公里的距离。游泳速度如此之高,游动的距离如此之长,金枪鱼已进化成了一套大多数运动员梦寐以求的循环系统和肌肉结构。
一般来讲,鱼类靠一套从头部开始,贯穿整个身体而直到它的推进器——尾巴的系统来运动。两种肌肉——红肌和白肌被用来游泳并沿鱼肋分布。白肌收缩快,因而被用作快速游泳中的突发的运动。白肌进行厌氧呼吸并产生乳酸作为副产品(和人类长时间剧烈运动后,导致疲劳或肌肉抽筋的乳酸积累一样)。红肌收缩慢,被用来进行长时间的缓慢的游泳,并进行有氧代谢。周为红肌并不产生乳酸,因而只要提供必要的燃料(氧气和葡萄糖)就能连续地、无限地收缩。在大多数鱼类中,大部分肌肉是白肌,而只在侧面有一小条红肌(在鳃中和鱼肉中较明显)。然而,在金枪鱼中,红肌的比例比一般的鱼都要大一些。这使金枪鱼能在有氧代谢条件下能高速游泳而没有乳酸的积累,或像一位运动员会说的,不会变得缺氧。白肌被用来产生额外的推动,从慢游到高速游泳。要维持这种杰出的运动本领,金枪鱼需要一种有效的向“辛勤工作”的肌肉补充氧气和血液的能力,以及一种散发肌肉收缩所产生的热量的方式。
鱼类,和其他动物一样,需要氧气来进行呼吸以及给工作着的肌肉补充燃料。海水中的溶解氧是大气中的三十分之一。鱼类将水从口吸入,使之通过鳃再从鳃部流出,从而用它们的鳃来从水中获取氧气。这种抽水运动是通过嘴巴不停的一张一合,从而将水吸入或吞入,再通过鳃排出来实现的。金枪鱼的头骨和下颌为了提高游泳的速度都变得很坚硬,因此它本身并不能将水泵入。相反,它用水流撞人的方式来呼吸。当一条金枪鱼游泳时,它的嘴巴一直保持张开的状态,水流涌入并通过它的极大的鳃。像其他一些快速游泳的鱼类一样,金枪鱼必须时刻不停的运动,否则将会窒息而死。
金枪鱼和一些鲨鱼已进化成一套特殊的循环系统,能利用过多的热量从而在它们经常是非常寒冷的环境中保持体温。通常鱼类是冷血的,它们的体温受周围环境的控制。但金枪鱼有一套特殊的由交织在一起的动脉和静脉组成的体内热量交换器。冷的、含氧量丰富的血液通过动脉和血管网从鳃部流到组织,和动脉平行并与动脉网交织的是静脉网。在静脉系统中,暖的、无氧的血液从器官和组织中被带回鳃中。因为动脉和静脉是互相交织、紧密接触的,热量将从静脉中较暖的血液中输送到动脉中较冷的血液中。而金枪鱼却巧妙的但在生理上却极其简单的利用自身肌肉收缩所产生的热量来加热流人的血液。大多数其他的鱼类热量都从鳃部直接散发掉了,但对于金枪鱼,热量几乎没有损失,当血液到达金枪鱼体内的时候,它的温度几乎与体内组织的温度一样了。这种热量交换是如此有效,以至曾测量出金枪鱼的体内中心的温度比周围的水温高出10℃一20℃。科学家们推测升高体温能使金枪鱼食物消化过程中保持较高的代谢速率,从而使红肌能更快的收缩,也可以加速乳糖的分解。当金枪鱼的体温变得过高时,也可以部分地关闭这种热量交换器,或者游到更深更冷的水层以避免身体过热。
金枪鱼和其他的鱼类血液中还有亲氧血红蛋白,帮助将氧气从鳃中输送到组织中。和肌肉中用来储存氧气的色素相似,金枪鱼的鱼肉呈深红色主要是由于含有血红蛋白。金枪鱼还有相对较大的心脏,与其他的鱼类不同,它的心脏在快速游泳或长距离游泳中能加快跳动。金枪鱼没有鱼鳔,因此,它们必须时刻不停的游动,不仅仅是为了呼吸,也为了防止下沉。
金枪鱼是如此快速和有力的游泳者,因而它们也是捕食高手,能轻而易举地捕食那些游泳能力较差的和较小的鱼、鱿鱼以及海中的甲壳动物。要保持它们杰出的运动才能和使身体长大,金枪鱼必须消耗大量的食物。像其他的硬骨鱼一样,金枪鱼利用很多的感觉来寻找和辨别食物:视觉、听觉、嗅觉和味觉,它们还有一个感觉器官叫做侧线,能使它们感觉震动以及水流的运动。侧线是分布在鱼皮下的沿鱼身分布的、充满液体的网状管道系统。
某些硬骨鱼的另外两个显著的特征是体内的“防冻”系统以及毒腺。生活在高纬度寒冷海区的鱼类体内有特殊的能防止结冰的体液。另一些鱼类则有特殊的由黏液腺改造而成的含有毒液的结构。这些毒液腺含有的毒液毒性不同,但对其他动物却都能致命。许多的珊瑚鱼,例如刺饨、纯和箱饨,甚至某些金枪鱼都具有天生带有毒性的鱼肉。其他的鱼类,例如不引人注意的、伪装十分巧妙的蚰鱼或者样子十分华丽的蓑铀都具有藏有毒腺的鳍刺或针刺。毒腺和毒素用以驱赶捕食者,也向其他的动物发出信号:这种鱼可不是好吃的。
鱼类必须保持体液的盐度平衡。海水的盐度一般是动物体液和血液盐度的3倍。因为水总是从低盐度的地方流向高盐度的地方,鱼类不断的从身体里向海洋中渗水。为了补偿这种损失,鱼类必须喝大量的海水,但这样做也使其吞入了更多的盐分,这些盐分接着被肠吸收,最终通过鳃分泌出去。
金枪鱼的繁殖,和其他许多硬骨鱼一样,是通过产许许多多的小卵。雌的金枪鱼在紧靠水面的地方产下数百万的直径大约1毫米的卵。雄的金枪鱼产下的精子使许多卵受精。孵化以后,幼虫生长很快,但被其他的动物包括金枪鱼自身在内捕食的捕食率也很高。很多海洋生物产下数量巨大的,但发育很差的卵。它们的进化策略是很简单的:这么多的卵,总有一些是会活下来的。海洋中的另一种繁殖策略是产很少的卵,但发育要好一些,不那么容易受伤害的卵和幼体。硬骨鱼中很少有孵化卵或是只产少量发育很好的幼体的;这种特例只有海马、尖嘴鱼以及海鲫。有些海洋鱼类是雌雄同体的,每一条鱼既有雌性生殖器官又有雄性生殖器官。而且奇怪的是,有些鱼类开始时是雌的或雄的,但随后可根据需要改变性别。
虽然有时候区分雌鱼和雄鱼是很困难的,在某些鱼类中却又极其容易。雄鱼可能比雌鱼颜色更鲜艳一些,很可能是为了求偶;雌鱼在体内充满卵的时候,可能很明显的变得圆滚滚的。生育季节的雄的粉色鲑鱼的下颌长出钩,而且背部隆起。最奇特的例子之一,深海中的雄的琵琶鱼比雌的要小很多而且寄生在雌鱼的头部。大多数的硬骨鱼需要2~14年才能成熟;蓝鳍金枪鱼需3~5年才能进入成年期。
金枪鱼和许多海洋中的游泳动物一样,每年回到一个特定的地方去产卵。但人们对这个过程中金枪鱼的习性了解甚少,它们似乎早期在温暖的浅水区度过,接着,作为成体,做长距离的迁移或暂时进入较深较冷的水体中。只在最近的几十年中,尤其是随着复杂的标记技术以及卫星跟踪技术的到来,人们才开始跟踪海洋中包括金枪鱼在内的自游动物。许多鱼类的生殖性迁移就像体操馆中套圈训练一样。在某个地方,产卵开始了,而在另一个地方,孵化正在进行,幼体开始长大并具有更多成体的形态特征。当长到足够大的时候,幼体又开始移入进食区。一旦性腺成熟,成体即返回产卵区繁殖,生活史再一次开始了。
海洋中成员的迁移现象,从鱼类到哺乳动物,可能是季节性的,跨越很长的距离,穿过淡水和海水的界限,或通过许多水层。许多鲸鱼季节性地从它们冬季在热带的繁殖地到达温带的夏季进食区。每年雌海龟都会不辞辛苦地找回到同一块沙滩上产卵,而鲑鱼则极其艰难的,甚至奇迹般地游到上游它们出生的淡水流域产卵。美洲和欧洲鳗鱼则相反,从淡水河流中游到马尾藻海的咸水中产卵。出生后,鳗鱼幼虫加入浮游生物的行列而被海流冲走,它们是如何发育以及重新找回到淡水区中的仍是海洋中另一个巨大的谜。实际上,我们对海洋中大多数海洋生物是如何在无任何标记的海洋中巧妙的迁移的几乎一无所知。
有一些种类,例如鲑鱼和海鳟,人们认为当孵化后,有一种化学烙印,或“香气”被赋予鱼体,并作为返回成体的“灯塔”。鱼类有一个小的嗅觉器官,或称“鼻子”,来判断水中微量化学物质的痕迹。鲨鱼有一个特别灵敏的鼻子,尤其对于血液。为了产卵,雌海龟不辞辛苦地找回到一窄条沙土地上,有时这些沙土地只不过是茫茫大海中的小点点。有人猜测海龟根据天上的星星来感觉光线,从而作一种天文导航。金枪鱼和其他的鱼类则可能根据变化的水温形式以及特殊的水密度来作信号。另一种理论认为某些鱼类和海洋哺乳动物的体内组织中可能有富含磁性物质的细菌,使它们能感觉到磁性的变化从而依靠地球磁场来指引其在大海中的航行。海洋哺乳动物的搁浅曾与磁场的变动,以及地区的磁信号混乱相联系,支持了它们利用地球的磁场在大海中航行的说法。
金枪鱼能活30多年,体长能达3米,体重1400多磅。就像树的年龄能通过数它的树干剖面的圆环数而得到一样,一条鱼的年龄也能通过数它的耳石上的年轮来计算。总体来说,生活于热带地区的个体小的,生长速度快的鱼类的寿命比较冷地区的个体较大生长速度慢的鱼类短。
生活在浅水中的许多鱼类游到一起聚成群,形成一片片的摆动的鳍和闪烁的鱼鳞。通过保持这种较多个体的集合,大群的鱼能进行长途游泳,使可能的捕食者感到迷惑,而且由于自然的形成一种周边警报系统使鱼群更安全。正像一群骑脚踏车的人一样,聚群使得单个的鱼游起泳来比单独游泳消耗的能量少。在紧凑的鱼群中寻找配偶也比较容易。研究表明,鱼群中没有领头的,但群体不停地改变;虽然鱼群非常协调,但却没有等级结构的形成。在鱼群中,个体之间似乎保持一个特定的距离。当一个外来者闯入时,鱼群十分优美分开,接着再重新组合排列,然而,当这个闯入者构成严重威胁时,鱼群的组织打破,随后当危险消除后再重新聚起来。视觉以及声音的震动可能被用来维持普通成员,使鱼群保持组织性。鱼群通常由个体较小的个体组成,因种类不同可能包含雌鱼和雄鱼或只有雌鱼或雄鱼。人们对于鱼类为什么结群以及如何结群尚有很多不明之处,但有一点很肯定:生活在一个具有高度组织性的有效的群体中在没有任何藏身之处的外海是极其有利的。
弱光区
海洋中的中层区和弱光区比浅水区更黑、更冷、更平静,而且这里的压力更大,食物也更少。随着水层深度的增加,上面水体所产生的压力也增大。在水表面大气压力为一个大气压;每增加10米水深(33英尺)就增加一个大气压;在10米水深处,压力是两个大气压,在20米深处是3个大气压,依次类推。因为空气在高压下是十分容易压缩的,生活于深海区的鱼类的鱼鳔内充满了低密度的脂肪或油而不是空气。中水层的生物的浮力倾向于中性的浮力,它们的身体为减轻负担而拥有较少的肌肉和骨骼结构。低的水温降低了它们的代谢速率,减少了它们为生存而必须获得的食物量。在海洋的弱光区,鱼类个体一般较小。胶体动物尤其适合于这个水层的生活。