這看似是一個理所應當的問題：“因為魚有鰭，就像人有腳一樣，所以魚會游泳”。如果嫌這句話麻煩甚至可以用“因為它是魚，所以它會游泳”這種方式來回答。但真相真的是這樣嗎？魚鰭是魚游泳的主要動力來源嗎？如果深究下來，你會發現這個問題其實並不簡單。

很早之前，人們就認識到，游泳是動物最省力的運動方式。

走路、飛行、游泳，如果讓你選擇一種方式從A點移動到B點，你會怎麼選？

我想大部分人都會選擇飛行，確實，對於個體來說，飛行是最快的運動方式，但如果單從消耗能量大小的角度來考慮，飛行卻不是最優解。

科學家研究發現，同樣要移動1km，松鼠爬行需要消耗22.73J的熱量；海鷗飛行需要消耗6.07J的熱量；鮭魚游泳只需要消耗1.63J的熱量，大約只有鬆鼠的1/20，海鷗的1/6 。

就算是找一個和鮭魚一模一樣的物體，用同樣的速度把它放到水里拖動它移動1km，科學家發現會游動的鮭魚消耗的能量只有前者的1/7-1/8，很顯然，游泳是動物最省力的方式。

魚既然游泳那麼高效，人類肯定會想去模仿它，去創造一個和魚運動方式一樣的水下推進裝置。

你也許會想，我們不是已經有潛艇了嗎？但即使是最快的核潛艇，用螺旋槳推進的它時速只有44.7節，也就是每小時80.4公里。水里游得最快的旗魚，速度可以達到每小時112公里。不止是速度的問題，潛艇推進時噪音大、耗能高，並且高速旋轉的螺旋槳還會產生空蝕效應，導致螺旋槳磨損。

所以人類一直想去模仿魚的游動方式，設計出更先進的水下載具，這也就是仿生。

但想去模仿，就得先搞懂魚游泳的原理。

那第一個問題來了，選哪種魚作為研究對象呢？

如果仔細觀察魚的運動方式，你會發現大部分的魚運動方式大抵相同：利用尾部和身軀肌肉的收縮進行有規律的左右扭動，專業上這稱為身體/尾鰭推進模式（Body and/or caudal fin， BCF）。

科學家發現，不同的魚，扭動的幅度大小和頻率不太一樣，但核心都是在於扭動。當然，魚鰭的擺動在游動時也起到一定的作用，主要是調整方向，最主要的動力還是來自於身軀的扭動，特別是當魚快速移動的時候。所以，魚鰭並不是魚游泳的主要的動力來源，而是軀幹的扭動。

既然魚的主要運動方式是靠軀幹的扭動，那就研究它們扭動的細節就好了。前面說了，不同的魚擺動的幅度不太一樣，有的幅度大，有的幅度小。扭動幅度大的稱為波動式，扭動幅度小的稱為擺動式。不管怎麼分類，這兩種推進模式在基本運動原理都一樣。

而作為科學研究，肯定優先找那些擺動幅度大的魚來作為研究對象，因為運動幅度越大，越容易觀察到擺動的細節。

那什麼魚擺動幅度比較大呢？自然是黃鱔、鰻鱺之類的長條魚，因為身型越長條，利用肌肉收縮為動力產生的波浪式運動越明顯。

所以很早的時候，科學家就拿鰻魚之類的長條魚來做實驗，主要用高速攝影的方式來拍攝它們的運動方式。

利用攝影技術來研究魚的運動方式，有很大的局限性。魚是自由的，它在水箱裡游來游去都是隨心所欲的，更不會做出特定的動作來滿足科學家的研究需求。

為了定量分析魚在游動過程中的振幅、頻率、前進速度等參數，有科學家設計了一個能讓一條死魚軀體產生波狀游泳動作的機械裝置。

這個裝置通過在魚的身體上插一排長桿，然後搖動裝置上的凸輪來控制魚的動作。當凸輪轉動的時候，動桿就會驅動魚體產生預定的波狀運動。這樣科學家就可以讓魚按照自己想要的方式進行運動，可以更方便地研究出具體的參數。

記錄下魚運動的方式很多，但不管什麼研究方式，最後都還是要總結成理論模型，才能了解運動的具體機制。

通過觀察科學家發現，在魚的游動過程中，魚體的肌肉會按從頭至尾的順序進行收縮，身體逐個部位彎曲，產生向後的運動波，進而推動水流產生向前的推力。

至於這個推力是如何產生的，主要有兩個理論來解釋：阻力理論（RFT）、細長體理論（EBT）。

阻力理論：這是英國物理學家弗里·泰勒（Geoffrey Taylor）在1952年提出的，在阻力理論中，一個物體會被分割成無窮小的部分，每一個部分都會產生推力和阻力。當魚產生波浪式運動時，那麼垂直於魚體方向的阻力比平行於魚體方向的阻力大。其結果是在平行方向，也就是前進的方向上，產生一個推力。

細長體理論：這是一位英國數學家詹姆斯·萊特希爾（James Lighthill）在1960年提出的，和前面的阻力理論完全不一樣，他認為推動魚前進主要依靠的是水的慣性。這使得魚體作為一個平面，可以通過小振幅的波動產生推力。

這兩個理論之間的最主要區別在於所產生的力量的類型。泰勒理論認為，讓魚向前游動的力產生於阻力，阻力的作用方向和魚的運動方向相反，但與物體運動速度相一致；萊特希爾則認為魚向前的游動的力產生於反作用力，其作用方向與作用力相反，並與加速度保持一致。

後來一個北京計算機科學研究中心的團隊，通過超級計算機的模擬，對兩個理論進行了驗證。之後發現兩個理論都是對的，但不同的魚情況不太一樣。

這主要還是和魚的形狀有關，長條形的魚，比如鰻魚，它在波動的時候，軀幹部分產生的阻力是最主要的，因為這部分力的作用相對平滑和均勻。

而對於鯖魚，這類形狀比較普通的魚，它在擺動的時候，雖然也依靠軀幹部分的阻力，但尾鰭左右擺動產生的反作用力也同樣很重要。

簡單來說，身型越長條的魚，越依靠軀幹部分產生的作用力，身型越短的魚，越依靠尾鰭產生的作用力。

將動力移到尾部的魚有一個缺點，那就是魚體很容易失去側向平衡，也就是說，它一擺尾就可能會引起頭部的搖擺。

對於這點，鮁魚通過演化，把自己身體中部垂直面提高，增重軀幹前面的重量（可以說是增加配重），來增大左右擺動的阻力，避免了游泳的時候偏來偏去。

雖然科學家最終搞清楚了魚到底是如何游動的，但他們並沒有搞懂魚游動過程中能量是如何轉移利用的，這也是為什麼直到現在，我們還沒能造出一個完美的仿生魚游動裝置。

之前造出來的仿生魚雖然可以模擬魚的游動效果，但問題還有一大堆：要么游得太慢，要么功耗太高，要么軀體過大，要么結構複雜。

魚游泳很容易見到，但即使是身邊常見的現象，要搞清楚原理也很難，要復制它則更難。在大自然面前，人類的知識真的好渺小……