魚類社會學習對應激反應影響的研究

黃穎穎，陳春娜

（四川省農業(yè)科學院 水產研究所，四川 宜賓 644000）

社會學習是指動物通過觀察模仿或者與其他動物互動獲得適應環(huán)境的行為，是動物快速獲得新行為的有效途徑［1］。社會學習現(xiàn)象廣泛地存在于哺乳動物、鳥類、昆蟲等物種中［2］。大量的研究從魚類索餌、擇偶、反捕食及定位洄游這些行為中證明了魚類同樣具備社會學習能力［3］。新行為可以通過一些簡單的社會學習過程在群體內傳遞和保持［4-5］，如經過特殊逃生路徑訓練的斑馬魚“示范者”能夠幫助“新生者”斑馬魚掌握正確的逃生路線［6］。

應激是指動物受到外界一些有害因子的作用而引起機體發(fā)生一系列特異或者非特異的反應。魚類的應激量化已經從血液生化分析發(fā)展到基于基因組的分析［7］。由于血液生化分析采樣對于大多數(shù)魚類來說是非致死性的，因此，血液生化分析仍是目前評估魚類應激反應常用的方法之一，其中皮質醇激素含量是監(jiān)測魚類應激反應的一個重要且具有代表性的生化指標；血糖、血清蛋白、脂類含量以及各種酶類活力也常被作為評價魚類應激狀況的輔助指標［8］。

目前，關于魚類社會學習的研究主要集中于實證不同魚類社會學習能力的存在［9-12］、探討社會學習機制［13-14］和社會學習策略的影響因子［15-16］，以及社會學習在魚類生產管理［17］、漁業(yè)資源利用［18-19］及人類疾病防治上的應用［20-21］，但未見有關社會學習對魚類應激影響的研究。通過社會學習，魚類是否在心理上也會獲得額外的“慰藉”，使其更快更好地適應新環(huán)境？鯽魚（Carassius auratus）具有生長周期短、對光照敏感、喜群居、社會行為能力較強等特點，可以作為研究魚類社會學習的良好材料。本研究立足于當前形勢下魚類生境的現(xiàn)狀，以光照為刺激因子，探討了社會學習是否會幫助魚類緩解應激反應，是否能縮短應激反應時間，旨在為魚類的種質資源保護工作提供技術支撐。

1 材料和方法

1.1 實驗魚

實驗鯽魚購自水產市場，暫養(yǎng)在2000 L的玻璃缸中，自然光照，水溫（18±1）℃，pH值為7.41±0.02，溶解氧含量為（7.82±0.20）mg/L。每天上午、下午飽食投喂1次；在投飼1 h后，人工清理殘渣，使魚適應人為操作干擾。

1.2 實驗設計

從暫養(yǎng)的鯽魚中挑選無病無傷的個體300尾，魚體質量為（130.51±11.24）g，體長（16.63±1.08）cm；將它們分為實驗組、對照組、空白組，每組100尾。空白組給予自然光照條件；實驗組及對照組的魚在整個實驗期間均在各自相鄰的暗室中養(yǎng)殖，不受光照的影響。

“示范魚”馴化：待魚適應養(yǎng)殖環(huán)境后，在實驗組水缸中心部位上方放置光源，每天9：00～18：00定時用光照強度為1200～1300 lx的光源進行照射，共馴化14 d；其余養(yǎng)殖操作與暫養(yǎng)期間相同。

在實驗前1 d，將實驗組、對照組、空白組再隨機各分為3個亞組，每個亞組30尾，每個亞組按1∶1的比例放入之前暫養(yǎng)未馴化的鯽魚作為“學習魚”，“學習魚”體質量為（70.44±10.63）g，體長為（12.14±1.26）cm。

實驗從第2天上午9：00開始，實驗組和對照組同時用光照強度為1200～1300 lx的光源進行照射，空白組為自然光條件；分別于開燈后0、20、40、60、80、100、120 min每組隨機抽取3尾“學習魚”，測定其血液生化指標和血清皮質醇激素含量。

1.3 采樣與處理

在暗光環(huán)境下用10 mg/L的麻醉劑MS-222溶液迅速將“學習魚”麻醉，然后進行尾靜脈抽血，全血不加抗凝劑，于4 ℃下放置2 h，待血液明顯分層后以4000 r/min離心10 min，收集血清，放入-18℃低溫冰箱中暫存，待測。

1.4 測定指標與方法

血清皮質醇含量的測定采用熒光磁微粒酶免法，試劑盒由東曹（上海）生物科技有限公司生產，檢測儀器為東曹株式會社AIA-2000LA免疫分析儀；葡萄糖、甘油三脂、總蛋白、白蛋白的含量，以及谷丙轉氨酶、谷草轉氨酶活力的測定在奧普森AMS-18C全自動生化分析儀上進行，試劑盒購自北京奧普森科技發(fā)展有限公司。血清皮質醇含量的測定在8 h內完成，血液生化指標的測定在12 h內完成。

1.5 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計

數(shù)據(jù)以平均值±標準誤差表示。采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析；用Sigmaplot 14.0軟件作圖；差異性比較采用單因素方差分析及Duncan多重比較，P＜0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 實驗魚對光的行為反應

在突然開啟光源的一瞬間，即在暗明環(huán)境交替瞬間，實驗組和對照組的魚群均表現(xiàn)出驚嚇反應，然后快速地改變自己的運動方向逃離光源，向玻璃缸四周角落聚集。實驗組中的魚群在最初的驚嚇反應后，隨著光照時間的增加，游泳速度開始變慢，并很快集群，大多數(shù)時間處于緩慢運動狀態(tài)；而對照組的魚則較長時間處于靜止狀態(tài)，且大多數(shù)分散在玻璃缸四周，游泳頻率偏低，說明在有“示范者”存在的情況下，“學習魚”可以更快地適應新的光照環(huán)境。

2.2 血清皮質醇含量的變化

皮質醇（cortisol，COR）作為下丘腦-垂體-腎間組織軸的終產物，在應激反應中主要起動員能源、提高血糖含量以及提高機體總抵抗力的作用。在本實驗中，各組實驗魚在光照應激下血清皮質醇含量的變化見圖1。由圖1可以看出，開燈暴露后，實驗組和對照組魚的血清皮質醇含量即大幅升高，對照組在應激后的60 min達到最大值35.11 μg/dl，之后開始下降，與其余各組差異顯著（P＜0.05）；實驗組魚血清皮質醇含量的變化與對照組一樣，呈先升高后下降的變化趨勢，在開燈后20 min出現(xiàn)最大值19.91 μg/dl，明顯低于對照組的最大值，之后開始下降，并于應激后的100 min下降至空白組水平，恢復至應激前的水平。

圖1 各組實驗魚在光照應激下血清皮質醇含量的變化

2.3 血清葡萄糖含量的變化

葡萄糖（glucose，GLU）是主要的供能物質，在常態(tài)下其含量比較穩(wěn)定，而應激反應是一種耗能過程，會導致血糖含量的變化。在本實驗中，各組實驗魚在光照脅迫下血清葡萄糖含量的變化見圖2。由圖2可見：在應激前，各組魚的血糖含量差異不明顯；光照刺激開始時，實驗組和對照組魚的血糖含量小幅升高，但與空白組無明顯差異；在光照20 min后，實驗組和對照組魚的血糖含量急劇上升，于60 min時兩組魚的血糖含量均達到最大值，對照組為55.7 mg/dl，實驗組為42.8 mg/dl；之后實驗組魚的血糖含量開始下降，于100 min時降至空白組水平，恢復至應激前水平；而對照組魚的血糖含量一直維持在一個高水平，與其余各組差異顯著（P＜0.05）。

圖2 各組實驗魚在光照脅迫下血清葡萄糖含量的變化

2.4 甘油三酯含量的變化

甘油三酯（triglyceride，TG）是魚類細胞貯脂的主要形式，而脂肪是重要的能源物質，在應激狀態(tài)下血液甘油三酯含量的增加表明脂肪儲備調動增多，繼而參與糖類代謝。從圖3可以看出：對照組和實驗組魚血清甘油三酯含量在應激開始0～60 min期間都有增加的趨勢，顯著高于空白組的含量（P＜0.05），說明作為能源物質的甘油三酯在應激初期即被大量合成；在應激60 min后，對照組和實驗組魚血清甘油三酯含量開始急劇下降；在80 min時，對照組魚血清甘油三酯含量降至454.33 mg/dl，低于空白組水平，之后一直保持在一個較低水平，其含量顯著低于實驗組和空白組（P＜0.05），而實驗組與空白組則保持在同一水平。

圖3 各組實驗魚在光照脅迫下血清甘油三酯含量的變化

2.5 血清酶類活力的變化

谷丙轉氨酶（glutamic-pyruvic transaminase，GPT）和谷草轉氨酶（glutamic-oxaloacetic transaminase，GOT）是蛋白質代謝過程中不可缺少的酶，谷丙轉氨酶主要存在于肝細胞漿中，在肝細胞輕微受損時其活力增加；而谷草轉氨酶主要存在于肝細胞的線粒體內，在肝細胞損傷嚴重時，大量地從線粒體中釋放出來。由圖4可知：在光照應激后40 min之內，3組魚血清中的谷丙轉氨酶活力無顯著性差異；對照組魚類在60 min時谷丙轉氨酶活力開始呈上升趨勢，與其他兩組差異顯著（P＜0.05）；實驗組魚血清中的谷丙轉氨酶活力則在100 min時開始呈上升趨勢，與對照組無明顯差異，且這兩組的谷丙轉氨酶活力之后無下降趨勢。隨著光照脅迫時間的延長，實驗組和對照組魚血清中的谷草轉氨酶活力與空白組相比略有上升，但3組之間無顯著性差異。

圖4 各組實驗魚在光照脅迫下血清谷丙轉氨酶（A）和谷草轉氨酶（B）活力的變化

2.6 血清蛋白含量的變化

總蛋白（total protein，TP）由白蛋白和球蛋白組成，血清總蛋白含量的變化與魚體營養(yǎng)代謝狀況和免疫水平具有重要聯(lián)系。如圖5所示：在應激開始20 min后實驗組和對照組魚的血清總蛋白含量呈突然升高的趨勢；對照組于40 min達到峰值后開始下降，在應激80 min時，對照組下降至空白組水平，之后持續(xù)下降，于應激后100 min低于空白組水平；實驗組魚的血清總蛋白含量的下降速度較對照組緩慢，3組魚的血清總蛋白含量差異顯著（P＜0.05）。白蛋白（Albumin，ALB）主要參與維持血漿膠體滲透壓和體內代謝物質的運輸。在本實驗條件的應激刺激下，在3組魚間血清白蛋白含量無明顯的差異。

圖5 各組實驗魚在光照脅迫下血清總蛋白（A）和白蛋白（B）含量的變化

3 討論

3.1 社會學習對魚類應激行為的影響

社會學習是個體通過觀察或與其他個體互動的行為來調整自己行為的一種機制，它使動物能夠獲得關于食物、棲息地、遷徙方向、捕食者、潛在配偶的公共信息，同時避免支付與個體相關的學習成本［22-23］。大量的研究結果表明，社會學習在許多魚類的行為發(fā)展中起著重要的作用，是不同種群行為習慣差異的基礎［24］。社會學習與觀察有關，從觀察中提取信息產生行為反饋，從而影響其行為。魚類的社會學習方式主要有“局部增強”、“社會促進”、“引導學習”和“觀察性條件反射”幾種［3］；魚類會根據(jù)環(huán)境調整自己的社會學習策略，以實現(xiàn)何時、何地、從誰那里使用社會信息從而使利益最大化的目的。魚類有體驗情感狀態(tài)的能力［25-26］；使用行為（個體游泳活動）和生理（比如血清皮質醇含量）的情感狀態(tài)指標，可以評估魚類對不同環(huán)境刺激的情感效價［27］。行為特征對社會信息使用和學習至關重要，因為它們可以幫助魚類預測應激源對其健康和認知的影響。對鯉魚的研究發(fā)現(xiàn)，先前被捕獲個體的生理和行為應激反應會影響未被捕獲的同族個體，通過社會學習機制引發(fā)這些個體的避鉤行為［19］。同樣的研究發(fā)現(xiàn)一組平靜模型和多個平靜模型的存在都可以使處于高風險環(huán)境中的“觀察者”表現(xiàn)出更少的恐懼行為［28］。本研究在實驗組中加入提前馴化適應光刺激的“示范魚”，發(fā)現(xiàn)相較于對照組，雖然在打開光源的瞬間兩組魚群均表現(xiàn)出驚嚇反應，魚群驚慌游竄，向角落聚集，但隨著光照時間的增加，對照組的魚活躍性降低，較長時間靜止分布于玻璃缸的四周；而實驗組中的“學習魚”通過觀察“示范者”對光照反應的運動狀態(tài)，對光反應的敏感性降低，游泳頻率較高，隨魚群作緩慢游動。關于環(huán)境信息的傳遞是如何通過社會學習機制發(fā)揮其潛在的生物學作用還有待進一步研究。

3.2 社會學習對魚類應激生理指標的影響

魚類在進入新環(huán)境后，除了受潛在的致命影響外，還能產生多種亞致死應激反應，包括血漿皮質醇濃度升高［29］、心臟活動增加［30］等。應激反應本身（即由應激源引發(fā)的生理反應）是對環(huán)境變化進行的一系列復雜的生化、生理和行為調整，能夠在一定條件下維持體內穩(wěn)態(tài)［31］。當魚體受到刺激后，魚體將從行為、生理等方面發(fā)生生物防御反應。最直接、最快速的行為反應是魚類應對應激的有效途徑，可使魚類在短期內恢復正常狀態(tài)［32］。強烈的應激會使魚類產生痛苦、害怕等負面情緒；魚類除了具有體驗負面情緒的能力外，同樣具備體驗積極情感的能力［33-34］；刺尾魚在接觸到裝有刷子的移動清潔魚模型后會自愿地與模型對齊而接受按摩，使用過這種模型的刺尾魚的血清皮質醇濃度要比未使用模型魚低得多，同時表現(xiàn)得更加鎮(zhèn)靜［35］。本研究發(fā)現(xiàn)，在光照異常時，實驗組中“學習魚”血清皮質醇激素的分泌較對照組減少，且變動幅度不大，恢復至正常水平所需的時間較對照組短，同時血清中除白蛋白含量與谷草轉氨酶活力與對照組相比變化不明顯外，葡萄糖、甘油三脂、總蛋白含量以及谷丙轉氨酶活力等指標的變化趨勢均顯著優(yōu)于對照組（P＜0.05）。相關研究發(fā)現(xiàn)皮質醇可從血液中通過鰓、尿液或糞便以游離的葡萄糖醛酸化和硫酸化的形式進入水體中［36-37］；這些物質可能作為一種化學交流信息，使“學習魚”能夠感知“示范魚”的情緒并對應激作出適當?shù)男袨榉磻?，這也可能是社會學習在魚類應激反應中的作用機制。

綜上所述，在有“示范者”存在的情況下，“學習魚”對光的反應敏感性降低，其血液生化指標的波動幅度較小，應激后恢復所需時間更短，說明“示范者”的存在對光照應激反應起到了一定的弱化作用。社會學習對魚類應激反應的影響是否還與“示范者”的特征（如性別、年齡等）以及“學習者”與“示范者”的比例有關，還有待進一步開展實驗探究。