實驗探究

付梓興

1問題和困惑

同學們，你們有沒有過這樣的經歷：早上睡得正香，媽媽闖進房間大喊“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，只想繼續睡。人是這樣，魚也會如此嗎？有一天，我半夜醒來開燈，發現家里養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？它們是會像我一樣蒙頭繼續睡，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。要是能親自做實驗研究一下就好了。

2實驗機會

后來，我參加了國家自然博物館“小小研究生”暑期科學探究班，其間，我了解到有往期的學員研究過魚類的“睡眠規律”，但魚類被喚醒之后是會“失眠”還是“倒頭繼續睡”，從來沒有人研究過。然后，針對這一問題，我與老師進行了詳細討論。

3實驗時間與實驗對象

確定實驗時間

實驗之前我首先要確定一點：魚究竟會不會睡覺？到底什么時候睡，什么時候醒？只有明確了這個問題，才能挑選合適的時間把它們喚醒，觀察它們后續還會不會繼續睡。為此，我打算在一個晝夜周期（24小時）內，取上午10點、下午2點、晚上7點，晚上11點、凌晨5點這五個時間點，觀察魚的狀態和行為，進行對比，以此發現它們何時睡覺。

確定實驗對象

我要研究哪幾種魚呢？老師帶我去水族館實地觀察了一圈，在老師的指導下，我仔細觀察了每種魚的行為，包括游動姿態、魚鰭的擺動、呼吸時鰓蓋的張合、見到人的聚集反應等。最終確定了4種魚作為研究對象，并明確了它們的觀測指標。

根據這些觀測指標，我們準備了計時器、卷尺、馬克筆、樣方這些實驗器材。實驗正式開始！

4實驗過程

摸清魚類作息規律，確定睡眠時間點

經過一晝夜的觀察，我記錄了好幾頁數據，整理成圖后，這4種魚的作息規律便清晰地呈現出來：

根據圖1、2可知，黑鰭鯊的尾鰭擺動頻率和游速在下午2點同時達到最高，表示最活躍，而在晚上11點最低。通過查閱資料得知，黑鰭鯊需要一刻不停地游動來保持呼吸，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平靜的狀態。

根據圖3、4可知，錦鯉尾鰭擺動頻率在上午10點最快，對人的反應也是在同樣時間最敏感，而在夜晚，尤其是凌晨，錦鯉幾乎全趴在池底處于靜止不動的狀態，對人的靠近也幾乎無反應，處于類似“睡眠”的狀態。

根據圖5、6可知，血鸚鵡鰓蓋開合和胸鰭擺動頻率均在下午2點最高，晚上11點最低，這個規律跟黑鰭鯊十分一致。

銀龍魚的行為規律跟另外3種魚相似，它的折返頻率在夜間較低，處于“休息”狀態，而白天較高，處于活躍狀態。可奇怪的是，銀龍魚的折返次數居然在凌晨5點是全天最高的（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。這時我回憶起凌晨5點我觀測前，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。

根據以上的實驗結果，我發現4種魚均在夜間進入“睡眠”狀態，而且基本在晚上11點處于最平靜的狀態。所以我計劃選取晚上11點作為下一步喚醒它們的時間點。

“失眠”還是“回籠覺”？

在老師的安排下，我晚上11點帶著強光手電，悄悄地“溜”進了水族館，為的是不把“熟睡”的魚意外喚醒。一切準備就緒后，我打開強光手電，依次強制喚醒這4種魚，同時觀察記錄它們行為指標的變化。

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、發出聲響，出現劇烈擺尾情況；錦鯉遇到光照直射時會游走，躲避燈光直射；血鸚鵡也有避光情況，會向水族箱底和邊緣游動，躲避光照直射；銀龍魚在強光刺激下反應較大，甚至出現了躍出水面的情況。

根據圖8可知，所有的指標都有了大幅甚至成倍增長，說明它們都被突如其來的強光“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，我推測可能是因為黑鰭鯊必須每時每刻保持游動以維持呼吸，即便在最平靜的凌晨，其尾鰭擺動仍有著一定的基本頻率，而錦鯉在凌晨幾乎處于靜止不動的狀態，尾鰭擺動頻率趨近于零，因此稍有光照其擺動頻率就會有較高倍提升。