實(shí)驗(yàn)探究

付梓興

1問題和困惑

同學(xué)們，你們有沒有過這樣的經(jīng)歷：早上睡得正香，媽媽闖進(jìn)房間大喊“起床啦”，隨即拉開窗簾，明亮的陽光刺得人睜不開眼，你馬上就扭頭、拉被子、蒙頭，只想繼續(xù)睡。人是這樣，魚也會(huì)如此嗎？有一天，我半夜醒來開燈，發(fā)現(xiàn)家里養(yǎng)的孔雀魚在缸里四散奔逃，像是被嚇著了似的，它們是被驚醒了嗎？它們醒來后還能睡得著嗎？它們是會(huì)像我一樣蒙頭繼續(xù)睡，還是失眠再也睡不著呢？這些問題無論怎么查都沒有找到令我滿意的答案。要是能親自做實(shí)驗(yàn)研究一下就好了。

2實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)

后來，我參加了國家自然博物館“小小研究生”暑期科學(xué)探究班，其間，我了解到有往期的學(xué)員研究過魚類的“睡眠規(guī)律”，但魚類被喚醒之后是會(huì)“失眠”還是“倒頭繼續(xù)睡”，從來沒有人研究過。然后，針對(duì)這一問題，我與老師進(jìn)行了詳細(xì)討論。

3實(shí)驗(yàn)時(shí)間與實(shí)驗(yàn)對(duì)象

確定實(shí)驗(yàn)時(shí)間

實(shí)驗(yàn)之前我首先要確定一點(diǎn)：魚究竟會(huì)不會(huì)睡覺？到底什么時(shí)候睡，什么時(shí)候醒？只有明確了這個(gè)問題，才能挑選合適的時(shí)間把它們喚醒，觀察它們后續(xù)還會(huì)不會(huì)繼續(xù)睡。為此，我打算在一個(gè)晝夜周期（24小時(shí)）內(nèi)，取上午10點(diǎn)、下午2點(diǎn)、晚上7點(diǎn)，晚上11點(diǎn)、凌晨5點(diǎn)這五個(gè)時(shí)間點(diǎn)，觀察魚的狀態(tài)和行為，進(jìn)行對(duì)比，以此發(fā)現(xiàn)它們何時(shí)睡覺。

確定實(shí)驗(yàn)對(duì)象

我要研究哪幾種魚呢？老師帶我去水族館實(shí)地觀察了一圈，在老師的指導(dǎo)下，我仔細(xì)觀察了每種魚的行為，包括游動(dòng)姿態(tài)、魚鰭的擺動(dòng)、呼吸時(shí)鰓蓋的張合、見到人的聚集反應(yīng)等。最終確定了4種魚作為研究對(duì)象，并明確了它們的觀測指標(biāo)。

根據(jù)這些觀測指標(biāo)，我們準(zhǔn)備了計(jì)時(shí)器、卷尺、馬克筆、樣方這些實(shí)驗(yàn)器材。實(shí)驗(yàn)正式開始！

4實(shí)驗(yàn)過程

摸清魚類作息規(guī)律，確定睡眠時(shí)間點(diǎn)

經(jīng)過一晝夜的觀察，我記錄了好幾頁數(shù)據(jù)，整理成圖后，這4種魚的作息規(guī)律便清晰地呈現(xiàn)出來：

根據(jù)圖1、2可知，黑鰭鯊的尾鰭擺動(dòng)頻率和游速在下午2點(diǎn)同時(shí)達(dá)到最高，表示最活躍，而在晚上11點(diǎn)最低。通過查閱資料得知，黑鰭鯊需要一刻不停地游動(dòng)來保持呼吸，所以即使在夜里，它們也不能停下，僅是處于一種比白天相對(duì)平靜的狀態(tài)。

根據(jù)圖3、4可知，錦鯉尾鰭擺動(dòng)頻率在上午10點(diǎn)最快，對(duì)人的反應(yīng)也是在同樣時(shí)間最敏感，而在夜晚，尤其是凌晨，錦鯉幾乎全趴在池底處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)，對(duì)人的靠近也幾乎無反應(yīng)，處于類似“睡眠”的狀態(tài)。

根據(jù)圖5、6可知，血鸚鵡鰓蓋開合和胸鰭擺動(dòng)頻率均在下午2點(diǎn)最高，晚上11點(diǎn)最低，這個(gè)規(guī)律跟黑鰭鯊十分一致。

銀龍魚的行為規(guī)律跟另外3種魚相似，它的折返頻率在夜間較低，處于“休息”狀態(tài)，而白天較高，處于活躍狀態(tài)。可奇怪的是，銀龍魚的折返次數(shù)居然在凌晨5點(diǎn)是全天最高的（圖7所示），這令我百思不得其解。后來跟老師交流得知，銀龍魚是一種精神十分“敏感”的魚類，突然的驚擾和刺激容易讓它們受到較大的驚嚇。這時(shí)我回憶起凌晨5點(diǎn)我觀測前，水族館上班的師傅剛剛把照明燈打開，有可能是突如其來的光照讓它們處于緊張狀態(tài)。

根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我發(fā)現(xiàn)4種魚均在夜間進(jìn)入“睡眠”狀態(tài)，而且基本在晚上11點(diǎn)處于最平靜的狀態(tài)。所以我計(jì)劃選取晚上11點(diǎn)作為下一步喚醒它們的時(shí)間點(diǎn)。

“失眠”還是“回籠覺”？

在老師的安排下，我晚上11點(diǎn)帶著強(qiáng)光手電，悄悄地“溜”進(jìn)了水族館，為的是不把“熟睡”的魚意外喚醒。一切準(zhǔn)備就緒后，我打開強(qiáng)光手電，依次強(qiáng)制喚醒這4種魚，同時(shí)觀察記錄它們行為指標(biāo)的變化。

首先從直觀上明顯就能看出來它們被驚醒了，黑鰭鯊濺起水花、發(fā)出聲響，出現(xiàn)劇烈擺尾情況；錦鯉遇到光照直射時(shí)會(huì)游走，躲避燈光直射；血鸚鵡也有避光情況，會(huì)向水族箱底和邊緣游動(dòng)，躲避光照直射；銀龍魚在強(qiáng)光刺激下反應(yīng)較大，甚至出現(xiàn)了躍出水面的情況。

根據(jù)圖8可知，所有的指標(biāo)都有了大幅甚至成倍增長，說明它們都被突如其來的強(qiáng)光“喚醒”了。有趣的是，錦鯉行為的變化更為明顯，黑鰭鯊的變化最小，我推測可能是因?yàn)楹邛掯彵仨毭繒r(shí)每刻保持游動(dòng)以維持呼吸，即便在最平靜的凌晨，其尾鰭擺動(dòng)仍有著一定的基本頻率，而錦鯉在凌晨幾乎處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)，尾鰭擺動(dòng)頻率趨近于零，因此稍有光照其擺動(dòng)頻率就會(huì)有較高倍提升。