文 | 伍月浮禄
编辑 | 伍月浮禄
«——【·前言·】——»
本研究的目的是探讨两种环境富集方法对石斑鱼生长和认知能力的影响。主要结果表明，七周的环境富集对其生长表现产生负面影响，但与生长相关的指标受到正向影响。
与对照组相比，强化组个体的认知能力显著增强。这些现象表明，在两种类型的富集环境中饲养的施莱格氏海龟表现出更强的学习和认知能力。
«——【·简介·】——»
将孵化场饲养的水生动物放归自然水域已成为全球恢复渔业资源的重要措施。然而，由于放流鱼类的高死亡率，通过放流养殖鱼类来增加种群数量受到了很大影响。
这破坏了这种做法的实际结果，并引起了世界各地的严重关注，特别是对于海洋鱼类的增殖。每年有数十亿条幼鲑鱼被释放到野外，但其中只有不到 5% 能存活到成年。
适应不良，主要包括捕食和反捕食能力较弱，被认为是导致野外放归幼体死亡的主要原因之一。在幼鱼阶段，鱼类容易遭受饥饿和捕食，从而加剧其死亡率。
许多研究人员将放生鱼类中观察到的高死亡率归因于在人工环境中饲养的幼鱼可能没有足够的能力在野外生存。
用于商业养殖的现代工厂化水产养殖系统往往保持较高的种群密度，并且生存环境不像自然环境那样复杂和不确定。
上述所有因素都可能导致鱼类认知能力下降和行为异常，最终导致放归后的成活率较低 。改善这种状况的一个重要手段就是环境富集。
复杂的环境可以提高鱼类的认知能力，对塑造鱼类的神经系统发挥重要作用。其中两个最重要的因素是物理环境的异质性和社会复杂性，物理环境的复杂性对社会丰富性提供了类似的影响。
空间认知对于鱼类尤其重要，涉及感知和存储空间线索，并能够检索这些信息并使用学习和记忆来帮助它们修改行为以找到位置或遵循特定路线，认知能力对于栖息在复杂多变环境中的鱼类的生存尤为重要。
认知可以定义为动物行为和生理随着经验的变化。许多研究证实，贫瘠的环境会削弱鱼类的认知能力。环境复杂性对鱼类认知的影响，无论是在行为还是分子机制方面，仍然很大程度上未知。
为了更好地理解这种关系，通过认知评估装置和相关指标的检测来研究鱼类的生活环境如何影响其认知能力至关重要。
在各种行为评估方法中，迷宫测试被广泛用于评估动物的认知能力。在各类迷宫测试中，T型迷宫是一种有效的方法，广泛用于评估啮齿类动物的认知能力，近年来也被应用于评估鱼类的认知能力。
神经科学家特别关注神经可塑性的分子机制，特别关注神经营养因子家族。神经生长因子和脑源性神经营养因子作为神经营养因子家族的成员，在神经可塑性中发挥着重要作用。
NGF最初被描述为神经元存活和生长因子，在神经支配密度、神经递质和神经肽合成、轴突萌芽和树突分枝化中发挥作用。
BDNF 通过突触的塑造和细化以及促进神经发生和细胞存活在神经可塑性中发挥重要作用 。NGF和BDNF在神经元增殖、分化和突触形成过程中发挥着关键作用。
BDNF mRNA在7日龄斑马鱼幼鱼的大脑中广泛表达，这表明神经营养因子在出生后不久就开始影响幼鱼的认知功能，它们与个人的学习和认知能力密切相关。
除了认知能力外，个体大小还往往会影响幼鱼的捕食能力和体表寄生虫的数量，从而影响其生存。与其他脊椎动物类似，鱼类的生长也受到内分泌调节，特别是通过生长激素胰岛素样生长因子轴。
GH主要由垂体中的生长激素细胞分泌，下丘脑中生长抑素的释放也起到调节GH释放的作用。同时，垂体释放的生长激素进入血液循环，与肝脏GH受体结合，刺激IGF-1的合成和释放。
IGF-1是一种7.5 kDa的单链多肽，负责细胞分化和增殖，并通过刺激骨骼生长的相关过程来促进个体的生长。
石斑鱼广泛分布于中国北方、日本、韩国沿海地区。由于其渔业价值，它是种群增殖的重要物种。然而，由于过度捕捞，其资源正在严重减少。
石斑鳅通常栖息在有岩石和海草的地区，需要很强的适应性来应对复杂的环境变化和来自其他具有相似习性的物种的竞争。
石斑鱼表现出很强的可塑性和适应性，使其能够适应各种自然栖息地。该物种是研究鱼类认知能力的合适物种。
具体来说，本研究探讨的三个主要问题是：（1）两种富集方式是否会影响石斑鱼的生长性能；(2)两种富集方法是否会影响 石斑鱼的认知能力及其分子机制；(3)确定两种富集方法之间的差异和交互作用，为施氏沙棘的种群强化提供参考。
«——【·研究内容·】——»
恢复海洋渔业资源的一种广泛使用的方法是利用孵化场养殖的鱼类进行种群增殖。人工饲养环境往往缺乏丰富性，可能会对幼鱼的认知、福利和对新环境的适应能力产生负面影响，从而导致放养后的成活率较低。
本研究探讨了栖息地和社会丰富度对石斑鱼生长表现和认知能力的影响。环境富集7周后，进行T迷宫实验，对鱼的端脑和内脏质量进行取样，测量生长情况和认知能力相关指标水平。
虽然两个富集组的最终体长、最终体重和特定生长率均低于对照组，但两种富集方法对生长相关因子。强化组在T迷宫测试中表现出更强的学习能力，富集组端脑BDNF和NGF水平显著高于对照组。
两种富集方法在 NGF 水平上存在显著的相互作用。本研究证实，更加复杂、丰富的环境有利于培养青少年的认知能力.
«——【·测试内容·】——»
本研究中使用的 T 迷宫装置是在之前的设计基础上设计的 ，但进行了一些改进。该装置由强化玻璃制成，分为三个室。起始区域由一个玻璃罐组成，后面是一条长50厘米、宽25厘米的跑道。
跑道左右两侧连接两条长50厘米、宽25厘米的相同跑道，跑道末端区域连接两个玻璃罐。其中一个终点包含一个人工栖息地区域，其中充满了塑料植物和用于喂养训练的物理结构，而另一个终点则是一个空水箱。
为了防止鱼直接看到末端区域，在左右跑道上各添加了两块交错的磨砂玻璃板。由于该装置采用透明玻璃制成，为了防止鱼受到周围环境的影响，其上放置了摄像头，研究人员利用远程监控确保实验过程中10 m内周围环境安静。
起始区域的侧面还有一个直径 2.8 厘米的孔，并连接到出水管，以便在每组实验后更换水。实验过程中水是静止的。
经过7周的饲养期后，选取60条活力充沛、体表无损伤的鱼进行T迷宫测试。按原来的顺序分为12个池进行临时圈养。
为了减轻实验鱼的压力并使实验鱼熟悉该装置，在T迷宫测试开始前三天，将它们每天转移到装置上两次，每次上午2小时，下午2小时，总共三天。
我们确保每条鱼在适应该设备时都能获得有关富集区食物供应情况的信息。每次实验结束时，不同组的鱼被放入不同的鱼缸中，以避免与其他鱼混合。
T迷宫测试持续一周，鱼禁食以维持进食动力。每个治疗组同时进行实验。经过 15 分钟的适应期后，将鱼放回起始区域，并记录到达栖息地进食或定居至少 5 分钟所需的时间。15分钟内未能到达栖息地的个体记为900秒。
光周期遵循自然的昼夜周期。为了避免光强和时间变化对各组的影响，每天的测量顺序都不同。
该实验是使用索尼 HDR-AS100V 摄像机记录的，该摄像机放置在距鱼缸一定距离的位置，以避免干扰鱼。
1. 酶联免疫吸附测定
进行 ELISA 分析以评估生长相关因子和认知能力相关因子。和神经生长因子：NGF）。GH 和 SS 是在脑组织中测量的，每次治疗有 6 个样本，而 IGF-1 是在内脏质量中测量的，每次治疗也是有 6 个样本。
在端脑组织中测量 BDNF 和 NGF，每次治疗有 5 个样本。将样品与 pH 7.4 的磷酸盐缓冲盐水混合。匀浆在 12,000× g下离心4℃反应10分钟，收集上清液。根据制造商的说明，使用相应的 ELISA 试剂盒测量 GH、IGF-1、SS、BDNF 和 NGF 的水平。
2. 数据分析
所有数据均使用 SPSS 19.00进行分析。为了比较两种不同富集方法对生长和认知指标的影响，通过双向方差分析检验了两个因素的主效应和交互效应，随后进行邓肯多范围事后检验。
使用 Shapiro–Wilk 检验对数据进行正态性检验，并使用 Levene 检验对数据进行方差均匀性检验。为了比较T迷宫实验中各组学习速度的差异，采用回归分析，用拟合方程的斜率来表示学习速度。
还使用单向方差分析来比较各组在最后一天花费的时间的差异。OriginPro 2018C用于对T迷宫测试的数据进行线性拟合，并用于绘制图形。文本和图中的所有值均表示为平均值±SE，并且差异被认为是显着的p < 0.05。
«——【·迷宫测试的结果·】——»
各治疗组在一周内找到T迷宫终点所需时间的变化趋势。对照组达到终点所需的平均时间显着高于其他三个治疗组。实验过程中每条鱼找到奖励区所需时间的变化代表了T迷宫中不同处理组学习速度的差异，我们关注拟合线的斜率。
通过比较拟合线的斜率，除社会丰富度组外，栖息地丰富度组 发现终点比对照组下降得更快，并且当应用两种富集方法时，鱼取得了最显着的进步。
比较各组鱼最后一天到达终点所用时间的差异，对照组显着高于社会丰富组，而栖息地丰富组和两种丰富方法组显着低于社交丰富组。
本研究的主要结果如下：（1）两种富集方法均对史莱氏鳅幼鱼的生长性能产生影响；然而，它们的外部表现与调节生长的三个指标的测量水平不同。
(2)通过T迷宫测试，两种富集方法均对幼鱼的学习能力产生影响，并增加了端脑中与认知能力相关的神经营养因子BDNF和NGF的水平。
(3)最后，观察到两种富集方法对端脑 NGF 水平存在显着的相互作用。相比之下，被培养的青少年所经历的贫瘠环境往往会降低他们的认知灵活性。
(5)我们的T迷宫实验结果也证明，与贫瘠环境相比，在更复杂环境中饲养的鱼在迷宫实验中表现更好，表现出更强的学习和认知能力。
许多针对啮齿动物的研究表明，贫瘠的环境会损害它们的神经发育和可塑性。近年来，在鱼类中也报道了类似的结论，并且鱼脑的研究也取得了巨大进展。
众所周知，鱼脑中的成体神经发育远高于哺乳动物，这表明鱼脑是一个非常可塑的器官，而不仅仅是在幼鱼阶段。大多数鱼类在面对复杂且具有挑战性的环境时能够调整自己的生理和行为来适应环境。
«——【·讨论·】——»
本研究表明，高度的空间异质性以及生活习性相似的物种的存在，给施莱格氏鳅带来了一定的“挑战”。，从而增强他们的认知能力并代表更大的学习能力。
我们观察到，在丰富的环境中饲养的鱼也具有更高的认知灵活性，正如它们在 T 迷宫中所证明的那样。这种灵活的适应性很大程度上是由认知和神经可塑性支持的。
迷宫装置与饲养槽完全不同。从水族箱转移到迷宫后，在丰富环境中饲养的鱼表现出更强的学习和适应能力，表明更快地整合新环境线索的能力，从而具有更大的认知灵活性。
我们认为灵活性与学习能力之间存在正相关关系。它可能与记忆能力呈负相关，这可以反映在性格、行为和性别上，未来需要对此给予更多关注。
«——【·结论·】——»
在本研究中，我们发现两种富集方法饲养七周可以提高史氏鳅幼鱼的认知和学习能力长度约9.5厘米，为种群增殖提供了有利的参考。
但富集方法需要改进，例如结构的放置，以避免影响鱼的摄食。种群增殖的目标应该是培育出在形态、行为和生理上与野生种群相似的幼体。
还需要测量更广泛的认知能力相关指标，探讨不同指标之间的关系以及是否存在共同效应，从而更深入地探讨其机制。考虑到影响放归后少年生存的其他因素，需要进一步调查确定野外生存率，特别是放归后的检测和跟踪。
«——【·参考文献·】——»
【1】梅斯，《贫瘠的环境损害鱼类的认知能力：行为和转录组机制》，牛津大学出版社，2011年。
【2】布罗克马克，《利用养殖鱼的释放来增加自然种群》，哥伦比亚大学出版社，2015年。
【3】卡马拉-鲁伊斯，《幼年斑马鱼的学习和记忆：是什么造成了差异》，耶鲁大学出版社，2013年。