Wind speed and dissolved oxygen predict mullet jumping in a subtropical estuary

在亚热带河口阳光明媚的浅水区，鱼类面临着一个持续存在且无形的挑战：水中溶解氧含量的剧烈波动。与能够自由呼吸空气的人类不同，大多数鱼类完全依赖鳃从水中提取氧气，当水温升高、水流停滞或藻类密集时，这一过程会变得异常困难。一些鱼类已经进化出了专门的应对方式，但其中最著名且令人费解的行为属于鲻鱼（mullet）。这些拥有银色鳞片的常见鱼类以其壮观的跳跃而闻名，它们能将自己完全跃出水面。几十年来，科学家们一直在争论它们为何这样做。一些理论认为跳跃是为了逃避捕食者、摆脱寄生虫，或者仅仅是为了嬉戏。然而，一个被称为“内部潜水钟”的长久假说提出了一个更为紧迫的原因：鱼类跳跃是为了吞咽空气，因为下方的水域缺乏足够的氧气来维持它们的生命。该理论认为，鲻鱼的喉咙里有一个特殊的口袋可以捕捉空气，使它们在水质恶化时能直接从大气中呼吸。

为了测试这种呼吸理论在野外是否成立，研究人员前往佛罗里达州墨西哥湾沿岸的一个浅水河口——大萨拉索塔湾（Big Sarasota Bay）观察鲻鱼。研究的问题不仅在于低氧水平是否会触发跳跃，还在于风是否在其中扮演了隐藏的角色。在浅水湾中，风的作用不仅仅是让水面泛起涟漪；它还会搅拌水体，将富含氧气的空气带入深处，防止水体变得停滞。研究人员想知道，在平静的日子里（这会导致水体静止并可能导致氧气流失），即使测量到的氧气水平看起来尚可，是否也会导致更多的跳跃行为。他们还想知道，是否存在一个特定的临界点，一旦风力达到一定强度，就会完全停止跳跃行为，起到一种自然开关的作用，从而保持水体含氧量足以让鱼类留在水下。

在2025年的四个月里，一支观察小组站在码头上，以一小时为间隔观察海湾，并记录下鲻鱼每次跃出水面的情况。在记录跳跃的同时，他们还测量了溶解氧、风速、温度以及其他环境因素。他们收集了126个独立的观察时段的数据，描绘出了海湾每日律动的详细图景。其目标是观察跳跃次数是否可以由风力和氧气水平来预测，以及这两个因素是如何协同作用或各自独立影响鱼类行为的。

结果清晰地展示了鱼类的行为特征。研究人员发现，当水面平静且氧气水平较低时，鲻鱼跳跃最为频繁。这证实了鱼类确实在对缺氧做出反应的基本观点。然而，研究揭示了更细微的差别：风的重要性不亚于氧气本身。即使在氧气水平相同的情况下，平静的日子里鱼类跳跃的频率也明显高于有风的日子。这表明，风不仅仅是一个背景因素，更是驱动该行为的关键因素。当风吹过时，它会混合水体并补充氧气，从而减少鱼类通过跳跃获取空气的需求。当风停下来时，水体变得静止，局部地区的氧气水平可能会下降，鲻鱼便开始跳跃。

数据展示了一个行为发生变化的特定阈值。研究人员确定风速约为6.3是一个转折点。在此速度以下，随着风力变小，跳跃次数急剧增加。在此速度以上，无论风力如何增强，跳跃频率都保持在较低且稳定的水平。这表明，极微弱的微风不足以让水体充分混合，但一旦风力达到中等强度，就足以防止引发跳跃的缺氧环境出现。研究还发现，风速与溶解氧之间的相关性较弱，这意味着平静的一天并不一定会导致低氧，而有风的一天也不一定会保证高氧。然而，这两个因素都能独立预测跳跃行为，这表明鱼类是对静止空气和由此产生的水体状况的综合反应。

虽然研究结果有力地支持了鲻鱼在水质不佳时通过跳跃来呼吸空气的观点，但研究人员也谨慎地指出，这并非鱼类跳跃的唯一原因。捕食者（如鲨鱼和鸟类）在海湾中很常见，而跳跃是已知的逃生策略。研究人员在部分观察时段观察到了捕食者，但由于是在岸边进行观察，很难区分跳跃是由捕食者引起的还是由缺氧引起的。研究人员建议，未来的研究可以使用水下摄像机或无人机来区分这些诱因。此外，研究并未发现极端缺氧（即低氧症）的证据，即氧气水平降至危险低值的现象。相反，跳跃似乎是对氧气适度减少的反应，这表明鱼类对环境的微小变化也非常敏感。

这项研究扩展了我们对鱼类如何与其环境互动的理解，将其从简单的“氧气与行为”的联系，提升到了包括塑造水体的物理力量在内的层面。它表明，风驱动的水体混合是决定鲻鱼何时需要使用其独特的呼吸能力的决定性因素。随着气候变化和污染导致沿海水域持续变暖并更容易出现氧气波动，这类行为可能会变得更加普遍。该研究并不声称鲻鱼的跳跃是水质完美的指标，也没有证明每一次跳跃都是为了吸气。然而，它提供了强有力的证据，表明在亚热带海湾静谧、沉寂的时刻，这些鱼类很可能正在通过呼吸天空中的空气来换取在水下的生存。