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ほとんどの魚は高度に発達した感覚器官を持っています。主に昼間に活動する魚のほぼすべては、少なくとも人間と同等の色覚を持っています。多くの魚は、並外れた味覚と嗅覚を司る化学受容体も持っています。魚の聴覚は、骨伝導、浮き袋、内耳を利用して水中環境に適応しています。ほとんどの魚は、微弱な流れや振動を感知し、近くの魚や獲物の動きを感知する側線系を形成する敏感な受容体を持っています。 [ 1 ]サメは側線を通して25～ 50Hzの周波数を感知できます。 [ 2 ]
魚はランドマークを使って方向を定め、複数のランドマークやシンボルに基づいたメンタルマップを使用する可能性がある。迷路での魚の行動は、魚が空間記憶と視覚的識別能力を持っていることを示している。[ 3 ]
視覚は、ほとんどの魚類にとって重要な感覚システムです。魚の目は鳥類や哺乳類などの陸生脊椎動物の目に似ていますが、レンズはより球形です。網膜には一般的に桿体細胞と錐体細胞の両方があり（暗所視と明所視のため）、ほとんどの種は色覚を持っています。紫外線を見ることができる魚や偏光を見ることができる魚もいます。無顎魚類の中では、ヤツメウナギは発達した目を持っていますが、ヌタウナギは原始的な眼点しか持っていません。[ 6 ]魚の視覚は視覚環境への適応を示しており、たとえば深海魚は暗い環境に適した目を持っています。
魚類やその他の水生動物は、陸生種とは異なる光環境に生息しています。水は光を吸収するため、水深が深くなるにつれて利用できる光の量は急速に減少します。水の光学的特性により、異なる波長の光は異なる程度で吸収されます。たとえば、長波長の光（赤、オレンジなど）は短波長の光（青、紫など）に比べてかなり速く吸収されますが、紫外線（青よりもさらに短い波長）もかなり速く吸収されます。[ 5 ]これらの水の普遍的な性質に加えて、水に含まれる塩分やその他の化学物質のために、異なる水域では異なる波長の光を吸収する場合があります。
聴覚は、ほとんどの魚種にとって重要な感覚器官です。例えば、バトラコイ科では、オスは浮き袋を使って求愛の鳴き声を発し、メスはそれを使ってオスの位置を特定します。水中では音が空気中よりも速く伝わるため、聴覚閾値と音源の位置特定能力が低下します。水中での聴覚は骨伝導によって行われ、音源の位置特定は骨伝導によって検出される振幅の差に依存しているようです。[ 7 ]そのため、魚などの水生動物は、水中で効果的な、より特殊な聴覚器官を持っています。[ 8 ]
魚は主に耳石（内耳）を通して音を感知します。コイやニシンなどの一部の魚では、浮き袋と内耳のつながりによって聴覚が強化されています。[ 9 ]側線は魚の体の側面に沿って並んだ一連の受容体からなり、側線孔と呼ばれる一連の開口部を通して環境に開いています。側線は聴覚にも関与することがあります。
魚類は、浮き袋が聴覚に関与しているかどうかに応じて、水中音に対する感受性を評価するために、6つの聴覚グループに分類できます。3つのグループ（P1、P2、P3と表記）では、浮き袋が聴覚に関与しているため、音圧に敏感です。他の3つのグループ（A2、A3、A4）では、浮き袋が存在しないか、聴覚に関与していないため、聴覚は音圧ではなく音粒子の加速度に反応します。[ 10 ]
音圧に敏感な魚類の聴覚グループは、P1（タラやハドックのように適応のない浮き袋を持つ）、P2（ウェーバー耳小骨のように内耳と機械的に接続された浮き袋を持つ）、例：金魚やゼブラフィッシュ、P3（耳の近くに気泡がある、またはシャッドやメンハーデンのように標準的な耳を持つ、超音波適応のある浮き袋を持つ）である。聴覚グループA4は、チョウザメやサケのように聴覚に関与しない浮き袋を持つ硬骨魚類で構成される。浮き袋を持たない魚類の聴覚グループは、A2（サメやエイなどの軟骨魚類）とA3（ヒラメやサバなどの浮き袋を持たない硬骨魚類）である。[ 10 ]
圧力感知にはウェーバー器官が用いられます。ウェーバー器官は、椎骨から伸びる3つの付属器官からなり、浮き袋の形状変化を中耳に伝達します。この器官は魚の浮力調節に利用されます。ドジョウなどの魚類も低気圧域に反応することが知られていますが、浮き袋を持っていません。
魚類や水生両生類の側線は、主に渦からなる水流の検出システムです。側線は低周波振動にも敏感です。主に航行、狩り、群れ行動に使用されます。機械受容器は有毛細胞で、前庭感覚や聴覚の機械受容器と同じです。 魚類の有毛細胞は、体の周りの水の動きを検出するために使用されます。これらの有毛細胞は、クプラと呼ばれるゼリー状の突起に埋め込まれています。そのため、有毛細胞は見えず、皮膚の表面にも現れません。電気感覚の受容器は、側線系の変形した有毛細胞です。
魚類や一部の水生両生類は、側線を介して流体力学的刺激を感知します。このシステムは、魚の体の長さに沿って配置された神経丘と呼ばれるセンサーの配列で構成されています。 [ 11 ]神経丘は、独立したもの（表層神経丘）と、液体で満たされた管の中にあるもの（管状神経丘）があります。神経丘内の感覚細胞は、ゼラチン状のクプラ内に含まれる極性のある有毛細胞です。[ 12 ]クプラと、有毛細胞の「毛」であるステレオシリアは、周囲の水の動きに応じて一定量動きます。求心性神経線維は、それらが発生する有毛細胞が好ましい方向に偏向するか反対方向に偏向するかに応じて興奮または抑制されます。側線ニューロンは脳内に体性局在マップを形成し、魚に体のさまざまな位置での流れの振幅と方向を知らせます。これらのマップは延髄の内側眼窩外側核（MON）と半円隆などの上位領域に位置している。[ 13 ]
空気中の匂いを嗅ぐのに相当する水生生物は、水中の味覚である。大型のナマズの多くは全身に化学受容体を持っているため、触れたものを「味わって」、水中の化学物質を「嗅いで」いる。「ナマズでは、味覚は餌の方向と位置を特定する上で主要な役割を果たしている」[ 15 ] 。
サケは嗅覚が非常に優れている。匂いが帰巣の手がかりになるかどうかについての推測は、19 世紀にまで遡る。[ 16 ] 1951 年、ハスラーは、サケが河口または生まれた川の入り口付近にいると、生まれた川に特有の匂いのする化学物質の手がかりを、川の入り口に帰巣するメカニズムとして利用する可能性があるという仮説を立てた。 [ 17 ] 1978 年、ハスラーと彼の学生は、サケが故郷の川を非常に正確に見つけることができるのは、その川特有の匂いを認識できるからであることを説得力をもって示した。彼らはさらに、サケが海へ回遊する直前にスモルトに変態するときに、川の匂いがサケに刷り込まれることを実証した。[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]帰巣するサケは、本流を遡上する際に支流の特有の匂いも認識できる。また、幼体の同種個体が発する特徴的なフェロモンにも敏感である可能性がある。同種の2つの個体群を識別できるという証拠もある。[ 18 ] [ 21 ]
サメは鋭い嗅覚を持ち、前鼻孔と後鼻孔の間にある短い管（硬骨魚類とは異なり融合していない）に位置しており、種によっては海水中の血液が100万分の1という微量でも感知できる。 [ 22 ]サメは、それぞれの鼻孔で匂いを感知するタイミングに基づいて、特定の匂いの方向を判断する能力を持っている。[ 23 ]これは、哺乳類が音の方向を判断する方法と似ている。サメは多くの種の腸内に存在する化学物質に強く引き寄せられ、その結果、下水排出口の近くや中にとどまることが多い。ネコザメなどの一部の種は、獲物を感知する能力を大幅に高める外ひげを持っている。
MHC遺伝子は多くの動物に存在する遺伝子群であり、免疫系にとって重要です。一般的に、異なるMHC遺伝子を持つ親から生まれた子孫は、より強い免疫系を持っています。魚は潜在的な性パートナーのMHC遺伝子の何らかの側面を嗅ぎ分けることができ、自分とは異なるMHC遺伝子を持つパートナーを好みます。[ 24 ]
電気受容とは、電場や電流を感知する能力のことです。ナマズやサメなどの魚類には、ミリボルトオーダーの微弱な電位を感知する器官があります。[ 25 ]南米の電気魚類であるギムノティフォルメスなどの魚類は、微弱な電流を発生させることができ、これを航行や社会的コミュニケーションに利用します。サメでは、ロレンツィーニ器官が電気受容器官です。その数は数百から数千に及びます。サメは、すべての生物が発生させる電磁場を感知するためにロレンツィーニ器官を使用します。 [ 26 ]これは、サメ（特にシュモクザメ）が獲物を見つけるのに役立ちます。サメは、動物の中で最も高い電気感受性を持っています。サメは、砂の中に隠れた獲物が発生させる電場を感知することで獲物を見つけます。地球の磁場内を移動する海流も電場を発生させ、サメはこれを方向感覚や航行に利用できる可能性があります。[ 27 ]硬骨魚類 の中では、デンキナマズが電気受容を利用して濁った水中を移動します。これらの魚は、スペクトル変化と振幅変調を利用して、形状、サイズ、距離、速度、導電率などの要素を判断します。デンキ魚がコミュニケーションを取り、種内の性別、年齢、階層を識別する能力も、電場によって可能になります。一部の海水性弱電気魚では、5 nV/cm という低い EF 勾配が見られます。[ 28 ]ヘラチョウザメ( Polyodon spathula )を含むいくつかの基底的な硬骨魚類は、電気受容器を持っています。ヘラチョウザメは、伸びた吻、つまり吻部に位置する何千もの小さな受動電気受容器を使用してプランクトンを捕食します。ヘラチョウザメは、0.5～20 Hz で振動する電場を検出することができ、プランクトンの大きな集団がこの種の信号を生成します。[ 29 ] [ 30 ]
磁気受容とは、地球の磁場に基づいて自分が向いている方向を感知する能力のことである。1988年、研究者たちはベニザケの頭蓋骨の中に、単磁区磁鉄鉱の形で鉄を発見した。その量は磁気受容に十分な量である。[ 31 ]
サケは繁殖地まで数千マイルも定期的に回遊する。 [ 32 ]
サケは幼生期を川で過ごし、その後海に出て成魚として生活し、体の大部分を成長させます。数年間、海を広範囲に回遊して成熟した後、生き残ったサケのほとんどは、産卵のために生まれた川に戻ってきます。通常、サケは驚くほど正確に生まれた川に戻ってきます。ほとんどのサケは、生まれた場所である産卵場にたどり着くまで川を遡上します。[ 18 ]
この現象がどのように起こるかについては、さまざまな説があります。1つの説は、サケが地磁気と化学的な手がかりを利用して出生地に戻るというものです。サケは海にいるとき、地球の磁場に関連した磁気受容を利用して海中での方向を把握し、生まれた川のおおよその位置を特定し、川に近づくと、嗅覚を使って川の入り口、さらには生まれた産卵場にまでたどり着くと考えられています。 [ 33 ]
魚類の痛覚受容体は、極度の熱、強い圧力、化学的刺激など、組織を損傷する可能性のある刺激を感知し、神経系を通して信号を伝達する侵害受容体と呼ばれる特殊な感覚神経終末である。 [ 34 ] [ 35 ]
ウィリアム・タヴォルガが行った実験は、魚が痛みや恐怖の反応を示すという証拠を提供している。例えば、タヴォルガの実験では、ヒキガエルウオは電気ショックを受けると唸り声を上げ、時間が経つにつれて電極を見ただけで唸り声を上げるようになった。[ 36 ]
2003年、エジンバラ大学とロスリン研究所のスコットランド人科学者たちは、ニジマスが他の動物の痛みによく関連付けられる行動を示すと結論付けた。唇に蜂の毒と酢酸を注射すると、魚は体を揺らし、水槽の側面や底に唇をこすりつけた。研究者たちは、これは哺乳類が行うのと同様に、痛みを和らげようとする試みだと結論付けた。[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]ニューロンは人間のニューロンのパターンに似たパターンで発火した。[ 39 ]
ワイオミング大学のジェームズ・D・ローズ教授 は、この研究は魚が「意識、特に私たちの意識と意味のある類似した種類の意識」を持っているという証拠を提供していないため欠陥があると主張した。[ 40 ]ローズは、魚の脳は人間の脳とは非常に異なるため、魚はおそらく人間のように意識を持っておらず、痛みに対する人間の反応に似た反応は別の原因によるものだと主張している。ローズは1年前に、魚の脳には新皮質がないため、魚は痛みを感じられないと主張する研究を発表していた。[ 41 ]しかし、動物行動学者のテンプル・グランディンは、「異なる種は同じ機能を処理するために異なる脳構造とシステムを使用することができる」ため、魚は新皮質がなくても意識を持つことができると主張している。[ 39 ]
動物福祉擁護者は、釣りによって魚が苦しむ可能性について懸念を表明している。ドイツなどの一部の国では特定の種類の釣りが禁止されており、英国のRSPCAは現在、魚に残酷な行為をする個人を訴追している。[ 42 ]