你喜欢吃鱼吗?裹着面包屑的冷冻鱼片是我的最爱。麦香鱼无疑是我在麦当劳菜单上的首选。
说实话，我有时会忘记这一顿美味的长方形食物是由“鱼”制成的。感谢厨房里的厨师(或你的妈妈)为我们做了所有艰难的工作(即去除鱼鳞和刺)，所以我们可以享受鱼的味道。
许多孩子不喜欢吃鱼。也许和你的孩子一起玩一些科学项目，比如在显微镜下观察鱼鳞，可能是恢复孩子和鱼之间友好关系的好方法。
今天，我们有机会在鱼上餐桌前看一看。我们将了解鱼类的生物学，并深入研究显微镜下鱼鳞的美丽。你准备好了吗?
[在这张图中]鱼还是鱼?
图片来源:伍德沃德英语
本文涵盖了
鱼类生物学-一个快速概述
鱼是水生脊椎动物。它们有一个中央脊柱，通过鳃来支撑身体和呼吸。鱼类有34,300种已描述的物种，比任何其他脊椎动物都表现出更大的多样性。从高山溪流到最深的海洋，几乎所有的水生环境中都有鱼类。
[在这张图中]鱼类种类繁多。
图片来源:维基
鱼类分类
我们可以简单地把鱼分为三类:
- 动物(无颚鱼)——这些像鳗鱼一样的古代鱼类没有颚;相反，他们的嘴看起来像吸盘。它们也没有成对的鳍和鳞片。许多物种灭绝了。现存的两类是七鳃鳗和盲鳗。
- 软骨鱼纲(软骨鱼类)-这一组包括鲨鱼、鳐鱼、鳐鱼和嵌合体。它们有主要由软骨组成的柔软骨架。它们也有成对的鳍和牙齿状的鳞片。
- 硬骨鱼纲(硬骨鱼)-这些鱼的骨骼由坚硬的骨组织组成。绝大多数的鱼都是硬骨鱼科的成员。它们也是最大的脊椎动物。
硬骨鱼纲分为鳍鳍鱼(辐鳍鱼纲)和宽鳍鱼(肉鳍鱼类)．我们今天发现的大多数鱼类都属于放线鱼科。
肉鳍鱼很古老，其中很多已经灭绝了。它们的鳍进化成了最早的四足陆地脊椎动物——两栖动物的腿。活的肉鳍鱼的例子是腔棘鱼和肺鱼。
[在这张图中]鱼类的一般分类请注意，我们现在看到的大多数鱼类不是球鱼目(即鲨鱼)就是放线鱼目(即剑鱼)。Agnatha或Sarcopterygii中的许多物种已经灭绝，只能在化石中找到。
鱼的进化
我们发现的最早的鱼类是大约5.3亿年前寒武纪大爆发时期的鳗鱼状无颚鱼(称为牙形刺鱼)。在泥盆纪时期，鱼类的种类出现了巨大的增加，包括各种各样的肉鳍鱼和鲨鱼。因此，泥盆纪被称为“鱼的时代与此同时，一些鱼类从它们的叶鳍进化成可行走的四肢，最终成为最早的四肢脊椎动物。。你可以说鱼是今天所有两栖动物、爬行动物、哺乳动物和鸟类的祖先。
[在这张图中]泥盆纪是一个地质时期，大约始于4.19亿年前，结束于大约3.6亿年前。在泥盆纪，颚鱼发生了重要的进化活动。与此同时，一些鱼类通过进化出能行走的鳍来过渡到生活在陆地上。
图片来源:Newdinosaurs
[在这张图中]一幅展示古代鱼类的插图，Elpistostege watsoni(3.8亿年前)，它的前鳍上有指骨。这块化石是在魁北克的米瓜沙国家公园发现的。
图片来源:生态与进化
鱼的解剖
下面的插图是一种典型的多骨鳍鱼的常见外部和内部特征。
[在这张图中]鱼的外部解剖-这张鲈鱼的插图展示了鱼的一些常见的外部特征。
[在这张图中]鱼的内部解剖-这里展示了鱼的常见内部器官。
以下是对鱼类独特器官的简要描述:
鳍
鳍是鱼用来移动的附属物。它们要么是沿着鱼的中心线的单鳍，如背鳍、尾鳍和肛鳍，要么是成对的鳍，包括胸鳍和腹鳍。鳍由皮肤覆盖的骨刺或鳍组成。
[在这张图中]一条鱼的背鳍的近景。
图片来源:研发界
尺度
鳞片是长在鱼皮上的坚硬的小板。下面这篇文章会更详细地讨论鱼鳞。
[在这张图中]蟑螂鱼重叠的鳞片。
图片来源:维基
鳃
鱼通过从流经鳃的水中获取氧气来呼吸。鱼鳃有很多血管，这使它们呈现鲜红色。鳃盖(鳃盖)是一种灵活的骨板，保护敏感的鳃。水通过嘴巴“吸入”，经过鳃，然后从被盖下面“呼出”。
鼻孔
鱼的成对鼻孔不是用来呼吸的。它们被用来探测水中的气味，非常敏感。
侧线
侧线是一个感觉器官，沿着鱼的侧面有一系列的孔。侧线可以感知水流的运动和水压。
[在这张图中]侧线。
鱼鳔
鱼鳔是一个中空的充满气体的平衡器官，使鱼在水中保持中性浮力(悬浮)。
鱼鳞是什么?-是骨头吗?
鱼鳞是由鱼皮长出来的。它们不是鱼骨骼或骨骼系统的一部分。鱼鳞是由鱼皮的内层产生的。事实上，鱼鳞离我们的头发更近。与哺乳动物牙齿和毛发发育有关的基因也与鱼鳞的生长有关。
[在这张图中]许多动物身上都覆盖着鳞片。你能猜出这些秤是谁的吗?请参阅本文末尾的答案。
鱼鳞由两种无机物质(羟基磷灰石、磷酸钙等)构成;和我们的骨骼和牙齿一样)和有机成分(胶原蛋白、脂肪、各种维生素和蛋白质)。无机材料形成鳞片的表层。鳞片的内侧(靠近皮肤的地方)富含胶原蛋白。
鱼为什么这么滑?
大多数鱼的鳞片上还覆盖着一层粘液。这种光滑的外壳可以保护鱼类免受细菌、真菌和病毒等病原体的侵害。它还可以减少鱼游动时的表面阻力。
为什么鱼有鳞片?-鱼鳞的功能
这些盘状鳞片有多种功能:
保护
鱼鳞保护皮肤免受捕食者、寄生虫和其他伤害。鳞片位于鳞片之上，这样它们就可以相互滑动:它们形成了一种柔软的盔甲保护，当鱼移动时，它可以自由变形(就像中世纪骑士穿的铠甲一样)。
[在这张图中]中世纪规模的盔甲是古代仿生技术的一个例子。
图片来源:装甲场地
反射光线
许多鱼身上覆盖着高度反光的鳞片，这些鳞片起着小镜子的作用，看起来像镀银的玻璃。这些鳞片可以提供透明效果，使鱼对捕食者隐形。
[在这张图中]典型硬骨鱼的鳞片，如大西洋鲭鱼(如图)或鲱鱼，都是镀银的。
图片来源:NOAA
水动力
鱼鳞光滑的表面还具有水动力功能，可以减少水的摩擦和阻力，促进向前运动。
[在这个视频中]鱼鳞很光滑，可以帮助它们在水中滑行，有些鱼鳞可以反射光线，帮助它们在水下伪装。你可以看到这群鱼逐渐消失在蓝色背景中。
录像:摄于台湾屏东国立海洋生物博物馆及水族馆。
虽然鳞片为鱼类提供了许多好处;然而，有些鱼是没有鳞片的。我们将在下面看到一些例子。
鱼鳞的种类
不同的鱼有不同类型的鳞片。鳞片主要有五种类型:(1)平鳞鳞片，(2)鳞鳞片，(3)摆线鳞片，(4)栉鳞鳞片，(5)宇宙鳞片。在硬骨鱼类中最常见的是摆线鳞片和栉线鳞片。每种秤类型也有许多变化。鳞片的类型也与鱼类的进化关系相对应。
[在这张图中]四种类型的鱼鳞A)平鳞，B)硬鳞，C)摆线鳞，D)栉鳞
从图片鲜活的海洋，CRDG，夏威夷大学马诺阿
[在这张图中]鱼类进化关系中鳞片类型的变化。有关每种秤类型的详细信息，请参见下文。
盾鳞状的尺度
在鲨鱼和鳐鱼中发现了类鳞。扁平鳞片有一个扁平的基础，脊柱向鱼尾突出。这些鳞片通常被称为真牙，因为它们是由牙本质和牙釉质组成的，类似于我们牙齿的物质。
[在这张图中]软骨鱼身上有鳞，如鲨鱼和鳐鱼。
(1) Placoid鳞片的结构-一个扁平的有脊椎的基部。这些刺指向鱼的后部。(3)安详鳞片扫描电镜(SEM)图像。鲨鱼和鳐鱼的例子。
图片:修改自NOAA
细小的鳞片几乎完全覆盖在鲨鱼皮肤上。当水流过这些平静的鳞片时，这些刺可以产生微小的漩涡，减少水动力阻力和湍流，使游泳比硬骨鱼类更高效、更安静。这就是鲨鱼成为海洋中顶级掠食者的原因之一。
鲨鱼皮封面是仿生学设计的一个例子。
科学家们已经复制了泳衣和船底的真皮齿。水动力阻力的减少使游泳者和货船速度更快。在2008年夏季奥运会期间，以鲨鱼皮为灵感的泳衣吸引了大量媒体的关注，当时聚光灯正聚焦在迈克尔·菲尔普斯身上。然而，现在大多数大型比赛都禁止穿这种泳衣。
Ganoid尺度
鱼鳞只在一些硬骨鱼类身上发现，包括刺鱼、白鳍鱼、鲟鱼、弓鳍鱼和双鳍鱼。Ganoid鳞片的特征是覆盖鳞片的玻璃状、多层矿化组织，称为Ganoine。有些鳞鳞边缘呈锯齿状或锯齿状。在鲟鱼中，甲状鳞片变大，像盔甲一样的身体板被称为鳞甲。在古代鳐鳍鱼(化石)中也经常发现Ganoid鳞片。
大多数鳞状鳞片呈菱形，由栓座连接。它们很厚，更像拼图一样贴合在一起，而不是像其他鱼鳞那样重叠。这样，软骨鳞片几乎是不可穿透的，提供了很好的保护免受捕食。
[在这张图片中]加鱼、白鳍鱼和外科医生身上都有鳞。
它们中的许多被认为是古代硬骨鱼类的“活化石”。(1) Ganoid鳞片结构-多为菱形。(2)软骨鳞片采用栓座式连接。(3)由鳄鳝鳞制成的箭头。(4)鳄雀鳝、鲟鱼和白鲟。
图片来源:修改自肯塔基州鱼类和野生动物资源部门，德州公园和野生动物
美洲原住民用鳄雀鳝坚硬的鳞片做箭头、胸甲和犁罩。即使是现在，一些珠宝也是用这些鳞片做的。
摆线尺度
摆线(意为圆形)鳞片呈椭圆形，质地光滑，且均匀，外缘或边缘光滑。它们最常见于有软鳍鳐的鱼类，如鲑鱼、鳟鱼和鲤鱼。
[在这张图中]摆线鳞见于有软鳍的鱼类，如鳟鱼、鲤鱼和鲑鱼。
(1)摆线鳞片的结构——椭圆形，边缘光滑。(2)摆线状鳞片覆盖在鱼皮上，就像重叠的瓦片。(3)鳟鱼摆线鳞例。(4)鲤鱼和鲑鱼。
图片来源:修改自野生鳟鱼信托基金，德州大学奥斯汀生物多样性中心，太平洋主播联合会
栉状的鳞片
Ctenoid(意为有齿)鳞片与摆线鳞片相似，除了它们的外缘有被称为ctenii(单数:ctenus)的小牙齿或小刺。因为这些牙齿，鳞片有粗糙的质地。Ctenoid鳞片也通常是蛤形的。栉鳞通常出现在鳍鳍多刺的鱼类身上，如栖鱼。
[在这张图中]Ctenoid鳞片是最常见的鱼鳞类型，在有刺鳍的鱼身上发现。
(1) Ctenoid鳞片的结构-环状、半径、粗糙的ctenus的蛤形。一个锥形标度可以分为四个领域。(2) Ctenoid鳞片通过重叠来屏蔽。带有刺状栉水母的后场暴露在外，使这些鱼的纹理粗糙。(3) ctenii显微图像。(4)鲈鱼、海鲈鱼、鹦嘴鱼和濑鱼。
图片:修改自NOAA，Brightfield数字图像画廊
摆线鳞片和栉线鳞片是大多数硬骨鱼类中最常见的鳞片类型。它们也被称为骨脊鳞片。这些鳞片可以像屋顶上的瓦片一样重叠，给了鱼更大的灵活性。这些鳞片也形成了像树木一样的年轮，可以用来确定鱼的年龄。有些比目鱼，比如比目鱼，既有摆线鳞片，也有栉线鳞片。
Cosmoid尺度
宇宙鳞片很罕见，只在古老的叶鳍鱼类身上发现，包括一些最早的肺鱼(Dipnoi亚纲)，以及在Crossopterygii亚纲中，包括活腔棘鱼化石。宇宙型鳞片是平型鳞片和硬型鳞片的融合。它们比其他鱼鳞大得多，也厚得多。在宇宙鳞内有供有血管的海绵状骨头。
[在这张图中]宇宙鳞片只在古代的叶鳍鱼类身上发现，其中大多数已经灭绝。
现存物种的例子有肺鱼和腔棘鱼。(1)腔棘鱼的宇宙尺度(矛尾鱼chalumnae)．珍珠状的部分嵌在里面，与其他鳞片重叠。(2)澳大利亚肺鱼的宇宙状鳞片。这条巨大的腔棘鱼鳞片大约2英寸或5厘米长。(4)肺鱼和腔棘鱼。
图片来源:修改自澳大利亚博物馆，大英百科全书，《大英百科全书》(2)，PBase
修改的尺度
有些鱼鳞进化出多种功能。这些订正比额表的例子如下:
大多数鱼都有一个侧线作为感知水运动的感觉器官。为了做到这一点，沿着侧线的鳞片有中央孔，允许水接触感觉细胞。
[在这张图中]鳞片上的气孔沿侧线分布。
图片来源:云杉宠物
的外部刺豪猪鱼身上有改良过的鳞片。
[在这张图中]豪猪鱼有一个非常有弹性的胃，当受到威胁时，它会像气球一样装满水。
图片来源:恶搞维基
的背鳍刺角鲨、鲨鱼和嵌合体带刺的尾巴刺黄貂鱼，还有"看到“锯鲨的牙齿都是融合和改良的扁平鳞片。
[在这张图中]从左上顺时针依次为:角鲨、黄貂鱼、锯鲨和奇美拉。
图片来源:azanimals，维基
无鳞鱼
有些鱼是完全无鳞的，如鱼雷(电鳐)和鲶鱼。没有鳞片的鱼通常会进化出替代鳞片保护功能的替代品，比如坚韧的皮革皮肤或骨板。下面是一些例子:
无颚鱼(七鳃鳗和盲鳗)皮肤光滑，没有鳞片。七鳃鳗坚硬的皮革皮肤提供了一些保护。盲鳗受到威胁时会产生粘液。它们也可以把自己打个结来躲避捕食者。
[在这张图中]受到威胁的盲鳗把自己绑成一个上手结。
图片来源:乔纳森•西蒙
大多数鳗鱼是无鳞的。有些物种的皮肤上嵌有微小的摆线针鳞。
[在这张图中]鳗鱼的身体细长，无鳞片。
图片来源:维基
大多数鲶鱼是无鳞的，尽管有几个家族有盔甲。
[在这张图中]甲鲶(甲鱼科)以覆盖其身体的骨板和吸盘而闻名。
图片来源:Seafish
活动:在显微镜下观察鱼鳞
这一部分将直接在显微镜下观察鱼鳞。你可能会遇到一些你不熟悉的概念或术语。如果是的话，你可以按照链接，跳回到前面的部分，了解更多关于鱼类生物学的知识，或者了解鱼鳞的功能、结构和类型。
材料
- 钳
- 标本的容器
- 显微镜载玻片
- 解剖显微镜或手放大镜
哪里可以买到鱼鳞?
你可以在超市或鱼店找到许多不同种类的鱼。你可以问商店，看他们是否能给你一些鱼鳞，或者允许你自己去收集。当然，如果你买的是加工过的鱼片，你就没有鱼鳞了。你一定要尝尝未加工的完整鱼。
观赏鱼的鳞片通常太小，我们无法研究。所以不要伤害他们。
如果你或你的家人喜欢钓鱼，这是一个收集新鲜鱼鳞的好机会。
人们会用除垢器或刀刮鱼鳞，快速清理鱼鳞。然而，这一步骤可能会损害鱼鳞，特别是脆弱的结构，如蛇形鳞片上的栉水母。因此，你可能想用镊子直接从鱼皮上收集鱼鳞。
尽快清洗鱼鳞并观察它们。如果你想保存一些标本，把它们放在冰箱里。否则，它们很快就会发臭。
要做的事情
a .用解剖显微镜或放大镜检查鱼鳞。
将鱼鳞放在显微镜载玻片上，在解剖显微镜或放大镜下检查。寻找环、尖刺、边缘、颗粒和其他结构。
B.画鱼鳞并描述它。
记下鱼鳞的大小、形状、厚度和其他细节。
C.确定秤的类型。
使用从本文中学到的知识作为参考来识别音阶的类型。解释你的身份。
D.比较鱼不同部位的鳞片(比如头或尾巴附近)。
1.鱼身上鳞片的大小和厚度是如何变化的?
2.你还注意到鱼身体不同部位的鳞片有什么相似或不同之处吗?
E.比较不同鱼类的鱼鳞。
1.哪种鱼的鳞片更大?
2.哪种鱼的鳞片更厚?
3.你还注意到其他的相似或不同之处吗?
4.你遇到过有独特鳞片或没有鳞片的鱼吗?
活动的问题:
- 你能通过研究鱼的鳞片类型来判断鱼的进化关系吗?
- 鱼身上的鳞片是如何用于保护的呢?
- 你发现有颜色的鱼鳞吗?
- 你认为为什么有些鱼的鳞片大，有些鱼的鳞片小?
- 你认为为什么有些鱼根本没有鳞片?
- 如果鱼鳞在生长过程中会形成环，那么如何用环来估计鱼的年龄呢?
[在这张图中]我从当地的好市多买的海鲈鱼鳞片上漂亮的戒指图案。
[在这张图中]鱼绝对是美丽的。它们的颜色来自皮肤中的色素细胞和鳞片中的色素颗粒。
图片来源:美国鱼类和野生动物管理局卡特里娜·利比奇拍摄的鱼鳞。
[在这张图中]在光学显微镜下观察褐鳟鱼皮肤中的色素细胞。
图片来源:Ida djurdjevitic等人，解剖学J, 2015年
[在这张图中]更详细的鱼鳞结构需要先进的显微技术。例如，在扫描电子显微镜(SEM)下，红鲷鱼鳞片显示出带有牙齿的条纹图案。
图片来源:扩大规模
鱼鳞学研开云体育全站app下载安装究鱼鳞的科学
就像我们根据鳞片的结构来划分鱼类一样，使用鳞片形态来进行鱼类分类，也被称为鳞片学，可以追溯到19世纪中期。
著名的瑞士出生的美国生物学家和地质学家路易斯·阿加西是第一个使用鱼鳞进行分类的人。在他的作品中，他根据鳞片的结构将鱼类分为四类:Placoidei, Ganoidi, Ctenoidei和Cyloidei。阿加西是哈佛比较动物学博物馆的创始人，也是哈佛大学的教授。他收集了许多重要的鱼类化石标本。他还提出了地球历史上的“冰河时代”的观点。
[在这张图中]路易斯·阿加西，1870年。
图片来源:维基
你可能会喜欢读一篇题为"学生、鱼和阿加西”。这个故事说明了第一手观察在科学学习中的重要性。开云体育全站app下载安装
如何通过显微镜测定鱼龄?
估计一条鱼年龄的典型方法是看它的大小。然而，这并不是一个精确的方法，特别是对于一个我们知之甚少的新物种。通过显微镜，骨头和鳞片的分析可以揭示生长环，帮助确定鱼的年龄。
耳朵的石头（耳石)是实验室中最常用的测定鱼龄的结构。只有硬骨鱼才有耳结石。每条鱼的内耳中都有三对耳石，使鱼能够听到和感觉到水中的振动。耳石也提供了一种平衡感，所以鱼可以更好地在周围环境中导航。
在鱼的一生中，耳石通过在鱼核周围增加新的外层而生长。这就产生了交替的层:不透明或半透明的基于他们的光学性质。夏季，鱼类摄食活跃(食物来源较多)，生产范围广不透明的给他们戴上耳石。当鱼在冬天吃得少时，耳石生长缓慢，变得狭窄半透明的层。这两层，半透明的和不透明的，一起代表了一年的生长，称为环(与树木的年轮相同)。
[在这张图中]两年前的沙枪上的耳石。不透明和半透明的生长环被标记。黑点表示环空的位置。
图片来源:美国国家海洋和大气局渔业．
对于某些物种，鱼鳞可以用来确定年龄。在这种情况下，天平上的同心圆脊在夏天会更宽，在冬天会更近。请注意，这不是表示一年增长的刻度上的一个环。事实上，鱼可以在几个月内长出几个鳞片环。
根据鱼鳞来确定鱼的确切年龄是很困难的。例如，鱼鳞可以侵蚀边缘，脱落，并再生。这种侵蚀会导致错误的低年龄读数和不准确的数据。
鲨鱼的扁平鳞片没有环。鲨鱼也没有耳石。出于这个原因，科学家通常用鲨鱼的椎骨来确定它们的年龄。
动物的鳞片——猜猜是谁?
从左上顺时针依次为:鱼、穿山甲(哺乳动物)、海鹰足(鸟类)、蝴蝶(昆虫)、鳄鱼(爬行动物)、蛇(爬行动物)。
总结
1.鱼是水生脊椎动物。它们有一个中央脊柱，通过鳃来支撑身体和呼吸。
2.我们可以简单地把鱼分为三类:无颌鱼类(七鳃鳗和盲鳗);软骨鱼类(鲨鱼、鳐鱼、鳐鱼和嵌合体);骨鱼类(绝大多数鱼类)。
3.鱼常见的外部特征包括鳍、鳞片、眼睛、鼻孔和侧线。
4.鱼的常见内部特征包括大脑、鳃、心脏、肝脏、肠道、脊髓和鱼鳔。
5.鱼鳞是由鱼皮的内层产生的。事实上，鱼鳞离我们的头发更近。
6.鱼鳞由两种无机物质(羟基磷灰石、磷酸钙等)构成;和我们的骨骼和牙齿一样)和有机成分(胶原蛋白、脂肪、各种维生素和蛋白质)。
7.鱼鳞的功能包括保护、反射光线和减少水摩擦。
8.量表的五种主要类型:(1)有盾鳞的鱼(鲨鱼和鳐鱼)，(2)Ganoid(3)摆线鱼(鳟鱼、鲤鱼和鲑鱼)，(4)栉鳞鱼(最常见的鱼鳞)，(5)宇宙鱼(古老的叶鳍鱼)。鳞片的类型也与鱼类的进化关系相对应。
9.耳石(耳石)是实验室中最常用的测定鱼龄的结构。
