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(dòng)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(dòng)電感受和新型的主動(dòng)電感受,其電感受器官也分別對(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)于鱘科魚類(以下簡(jiǎn)稱鱘魚)的電感受器官有過早期報(bào)導(dǎo),但對(duì)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(duì)偶極子電場(chǎng)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(duì)金屬腐蝕電場(chǎng)的行為反應(yīng)
　　本章測(cè)量了鋁棒在水中的腐蝕電場(chǎng),并測(cè)試了西伯利亞鱘(Acipenser baerii)對(duì)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(chǎng)測(cè)量結(jié)果表明:不同直徑的鋁棒產(chǎn)生了1-3Hz的腐蝕電場(chǎng),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(chǎng)信號(hào)。結(jié)果表明:鱘魚對(duì)測(cè)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(duì)鋁棒的感知能力顯著差異于絕緣鋁棒和塑料棒(P＜0.01)。對(duì)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(duì)鋁棒和絕緣鋁棒無顯著差異性。對(duì)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(duì)絕緣鋁棒存在顯著正相關(guān)性(G=0.559,P=0),對(duì)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(duì)鋁棒的偏好性最強(qiáng),平均偏好度達(dá)4.71,對(duì)絕緣鋁棒的偏好性較強(qiáng),平均值為2.23,對(duì)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(chǎng)信息情況下,可依靠嗅覺感受進(jìn)行攝食。鱘魚對(duì)金屬腐蝕電場(chǎng)的撲食行為也表明,在自然條件下,人為的電場(chǎng)可能會(huì)對(duì)鱘魚的攝食、生殖行為具有重要影響。
　　2.西伯利亞鱘對(duì)食蚊魚生物電場(chǎng)的行為反應(yīng)
　　本章采用活體記錄的方法測(cè)量了鱘魚的生物餌料——食蚊魚(Gambusia AffinisBaird&Girard)的生物電場(chǎng),并測(cè)試了西伯利亞鱘對(duì)封閉在凝膠內(nèi)的食蚊魚的行為反應(yīng)。食蚊魚電場(chǎng)測(cè)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(cè)量,每組10個(gè)重復(fù)。行為方法測(cè)試了五尾鱘魚對(duì)食蚊魚生物電場(chǎng)和餌料氣味的行為。電場(chǎng)測(cè)量表明:單尾魚的生物電場(chǎng)表現(xiàn)為頭負(fù)、尾正的偶極子直流電場(chǎng),頭部相對(duì)電勢(shì)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(duì)應(yīng)的交流呼吸電場(chǎng),大小為4.2±0.8μV。兩尾魚生物電場(chǎng)測(cè)量表明,其直流電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的大小。此種現(xiàn)象對(duì)于依靠感知交流呼吸電場(chǎng)來攝食的被動(dòng)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(duì)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(jí)中樞核(DON)對(duì)偶極子電場(chǎng)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(jí)中樞核(Dorsal octavolateralnucleus,DON)在不同振幅和不同頻率的偶極子電場(chǎng)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)刺激下,DON神經(jīng)單位的相對(duì)放電率和相位耦合度在25到100μV/

10、cm范圍內(nèi)隨電場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)而增加。在25μV/cm的調(diào)頻電場(chǎng)刺激下,DON神經(jīng)單位的相對(duì)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(duì)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(duì)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