鱘魚的電感受行為及腦核反應(yīng)特性.pdf

1、電感受作為一種古老的感受形態(tài),存在于許多水生動物中,并在攝食、避害和求偶等行為中有重要作用。電感受魚類可分為原始的被動電感受和新型的主動電感受,其電感受器官也分別對應(yīng)于壺腹型和結(jié)節(jié)型。鱘形目(Acipenseriformes)魚類隸屬軟骨硬鱗綱,包括鱘科魚類和白鱘科魚類,是目前世界上的最古老魚類之一,同時(shí)也是典型的被動電感受魚類。它們的壺腹型電感受器官主要分布于頭部,并在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在專司電感受信息處理的腦核,背聽側(cè)核(Dorsal

2、 OctavolateralisNucleus,DON)。目前對于鱘形目魚類的電感受研究主要集中在白鱘科的匙吻鱘(Polyodon spathula),對它的電感受器官、行為功能、中樞神經(jīng)傳導(dǎo)和信息處理均有詳細(xì)報(bào)導(dǎo)。盡管對于鱘科魚類(以下簡稱鱘魚)的電感受器官有過早期報(bào)導(dǎo),但對于它們的行為功能和中樞神經(jīng)信息處理方式尚不清楚。本文以實(shí)驗(yàn)行為學(xué)為手段研究了西伯利亞鱘電感受的行為功能和以神經(jīng)電生理手段研究了高首鱘DON對偶極子電場信息的處理方

3、式,以期為電感受的進(jìn)化研究積累資料,并為鱘魚的資源保護(hù)和現(xiàn)代化的科學(xué)養(yǎng)殖提供參考。主要結(jié)果如下:
　　1.西伯利亞鱘對金屬腐蝕電場的行為反應(yīng)
　　本章測量了鋁棒在水中的腐蝕電場,并測試了西伯利亞鱘(Acipenser baerii)對不同直徑的鋁棒、絕緣鋁棒和塑料棒的行為反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)在黑暗條件下采用紅外監(jiān)控的行為學(xué)研究方法記錄了10尾魚的反應(yīng)。電場測量結(jié)果表明:不同直徑的鋁棒產(chǎn)生了1-3Hz的腐蝕電場,其峰值分別為90μV(2

4、.5cm),70μV(2.0cm)和50μV(1.5cm),但絕緣鋁棒沒有產(chǎn)生或產(chǎn)生微弱的電場信號。結(jié)果表明:鱘魚對測試棒表現(xiàn)出以吸吮為特征的撲食行為和以繞棒為特征的覓食行為。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,鱘魚對鋁棒的感知能力顯著差異于絕緣鋁棒和塑料棒(P＜0.01)。對鋁棒和絕緣鋁棒的撲食行為顯著差異于塑料棒(P＜0.01),但對鋁棒和絕緣鋁棒無顯著差異性。對鋁棒、絕緣鋁棒和塑料棒的覓食行為無顯著性(p＞0.01)。伽瑪系數(shù)分析表明,撲食行為與鋁棒存在

5、顯著負(fù)相關(guān)性(G=-0.278,P=0.003),對絕緣鋁棒存在顯著正相關(guān)性(G=0.559,P=0),對塑料棒無相關(guān)性(P=0.777)。覓食行為與鋁棒粗細(xì)呈現(xiàn)正相關(guān)性(G=0.612,P=0),而絕緣鋁棒和塑料棒與覓食行為之間不存在相關(guān)性(P=0.445; P=0.08)。根據(jù)偏好度計(jì)算,鱘魚對鋁棒的偏好性最強(qiáng),平均偏好度達(dá)4.71,對絕緣鋁棒的偏好性較強(qiáng),平均值為2.23,對塑料棒偏好性最低,平均值為0.06。這些結(jié)果說明,鱘魚可

6、依靠電感受進(jìn)行攝食,在缺乏電場信息情況下,可依靠嗅覺感受進(jìn)行攝食。鱘魚對金屬腐蝕電場的撲食行為也表明,在自然條件下,人為的電場可能會對鱘魚的攝食、生殖行為具有重要影響。
　　2.西伯利亞鱘對食蚊魚生物電場的行為反應(yīng)
　　本章采用活體記錄的方法測量了鱘魚的生物餌料——食蚊魚(Gambusia AffinisBaird&Girard)的生物電場,并測試了西伯利亞鱘對封閉在凝膠內(nèi)的食蚊魚的行為反應(yīng)。食蚊魚電場測量分單尾魚、兩尾魚同

7、向和兩尾魚反向三個(gè)實(shí)驗(yàn)組測量,每組10個(gè)重復(fù)。行為方法測試了五尾鱘魚對食蚊魚生物電場和餌料氣味的行為。電場測量表明:單尾魚的生物電場表現(xiàn)為頭負(fù)、尾正的偶極子直流電場,頭部相對電勢為-24±2.4μV,尾部為21±1.6μV,且頭部附近產(chǎn)生1-3 Hz與呼吸頻率對應(yīng)的交流呼吸電場,大小為4.2±0.8μV。兩尾魚生物電場測量表明,其直流電場均大于單尾魚(P＜0.05);兩尾魚同向靠近時(shí)產(chǎn)生的交流呼吸電場顯著大于單尾魚(P＜0.01),而反

8、向靠近時(shí)產(chǎn)生的呼吸電場顯著小于單尾魚(P＜0.001)。這表明兩條魚不同方向靠近時(shí),可通過呼吸作用改變交流呼吸電場的大小。此種現(xiàn)象對于依靠感知交流呼吸電場來攝食的被動電感受魚類是不利的。行為學(xué)分析結(jié)果表明:食蚊魚被凝膠封閉化學(xué)氣味后,依然可以引起西伯利亞鱘的撲食行為,但同時(shí)鱘魚對含有餌料氣味的凝膠也有撲食反應(yīng),且兩者之間不存在顯著差異(P=0.27)。這些結(jié)果進(jìn)一步表明,鱘魚依靠電感受和嗅覺攝食的感覺機(jī)制。
　　3.高首鱘的電感受

9、初級中樞核(DON)對偶極子電場的反應(yīng)特性
　　本章采用電生理方法記錄了高首鱘的電感受初級中樞核(Dorsal octavolateralnucleus,DON)在不同振幅和不同頻率的偶極子電場刺激下的神經(jīng)元反應(yīng)特性,并設(shè)置不同方向來確定神經(jīng)元對偶極子方向的選擇性。結(jié)果表明,高首鱘DON神經(jīng)單位在電場刺激下產(chǎn)生明顯的相位耦合性和持續(xù)放電頻率的變化。在5Hz的調(diào)幅電場刺激下,DON神經(jīng)單位的相對放電率和相位耦合度在25到100μV/

10、cm范圍內(nèi)隨電場強(qiáng)度增強(qiáng)而增加。在25μV/cm的調(diào)頻電場刺激下,DON神經(jīng)單位的相對放電頻率沒有明顯變化,但相位耦合度在1到5Hz范圍內(nèi)明顯增加。不同方向偶極子刺激表明,DON神經(jīng)單位對5Hz,100μV/cm的偶極子有明顯的方向的選擇性,表現(xiàn)為極性相反的相位耦合性。對結(jié)果進(jìn)一步分析表明:DON神經(jīng)單位在電感受信息處理中可能采用以自發(fā)放電頻率為載波的頻率編碼模式和以相位耦合為特征的相位編碼模式,并且根據(jù)自發(fā)放電頻率分為低頻放電(＜10