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愛(ài)冒險(xiǎn)的魚(yú),也會(huì)把“膽子大”傳給下一代?

更新時(shí)間:2026-06-16點(diǎn)擊次數(shù):380

你是否曾經(jīng)想過(guò),為什么有些人面對(duì)壓力時(shí)勇往直前,而另一些人則選擇回避?這種個(gè)體差異不僅存在于人類(lèi),也廣泛存在于動(dòng)物界。科學(xué)家稱(chēng)之為“壓力應(yīng)對(duì)風(fēng)格",而最新研究發(fā)現(xiàn),這種風(fēng)格與冒險(xiǎn)行為密切相關(guān),甚至代代相傳。

 

一、背景

在自然界中,動(dòng)物面對(duì)捕食者、環(huán)境變化或社會(huì)沖突等壓力源時(shí),會(huì)表現(xiàn)出各自獨(dú)特的反應(yīng)模式。這種反應(yīng)模式并非隨機(jī),而是具有一致性和時(shí)間穩(wěn)定性的個(gè)體特征,科學(xué)家稱(chēng)之為“壓力應(yīng)對(duì)風(fēng)格"。

 

在脊椎動(dòng)物中,壓力應(yīng)對(duì)風(fēng)格通常沿一個(gè)“主動(dòng)—被動(dòng)"連續(xù)軸分布:

主動(dòng)型個(gè)體:喜歡冒險(xiǎn)、攻擊性強(qiáng)、行動(dòng)迅速,面對(duì)壓力時(shí)傾向于主動(dòng)應(yīng)對(duì);

被動(dòng)型個(gè)體:回避風(fēng)險(xiǎn)、行為保守、反應(yīng)被動(dòng),傾向于等待和觀察。

 

這種風(fēng)格不僅影響動(dòng)物的生存和繁殖成功率,還與神經(jīng)內(nèi)分泌機(jī)制密切相關(guān)。以往研究表明,冒險(xiǎn)行為是衡量應(yīng)對(duì)風(fēng)格的重要指標(biāo)之一。但冒險(xiǎn)行為是否能穩(wěn)定地預(yù)測(cè)個(gè)體在不同發(fā)育階段,甚至在不同代際之間的應(yīng)對(duì)風(fēng)格?為了回答這個(gè)問(wèn)題,荷蘭萊頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)使用斑馬魚(yú)進(jìn)行了一項(xiàng)系統(tǒng)的多代研究。

 

二、材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與飼養(yǎng)條件

研究使用了AB/TL雜交品系斑馬魚(yú),這是一種遺傳多樣性較高的野生型品系,已在本實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定繁殖至少10代。實(shí)驗(yàn)涉及三個(gè)世代:

F0代:原始親本(50條成年魚(yú));

F1代:F0的后代;

F2代:F1的后代。

 

斑馬魚(yú)飼養(yǎng)在標(biāo)準(zhǔn)化循環(huán)水系統(tǒng)中,水溫控制在28±1°C,光照周期為14小時(shí)光照/10小時(shí)黑暗。成魚(yú)每天喂食兩次飼料,幼魚(yú)則在5天齡(5 dpf)時(shí)進(jìn)行行為測(cè)試。

2.2 動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究采用了多種經(jīng)典行為學(xué)范式,分別針對(duì)成魚(yú)和幼魚(yú),評(píng)估其冒險(xiǎn)行為、探索行為、攻擊性和焦慮樣反應(yīng)(圖1)。

圖1.實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。A:測(cè)試流程包括針對(duì)F0代成魚(yú)進(jìn)行的群體出巢測(cè)試、個(gè)體出巢測(cè)試,以及隨后的曠場(chǎng)測(cè)試和鏡像刺激測(cè)試。隨后,根據(jù)出巢測(cè)試進(jìn)行繁育;F1代魚(yú)在幼魚(yú)階段接受明暗測(cè)試,在成魚(yú)階段接受曠場(chǎng)測(cè)試和鏡像刺激測(cè)試。根據(jù)出巢測(cè)試進(jìn)行又一輪繁育后,F(xiàn)2代幼魚(yú)接受明暗測(cè)試;B出巢測(cè)試;C曠場(chǎng)測(cè)試+鏡像刺激;D明暗測(cè)試

2.2.1 成魚(yú)行為測(cè)試

(1)群體出巢測(cè)試(Group emergence test)

目的:評(píng)估個(gè)體在群體中的冒險(xiǎn)行為傾向。

裝置:一個(gè)分為兩部分的透明水箱(33×13×13 cm),一側(cè)為稍暗的“暫養(yǎng)區(qū)",另一側(cè)為明亮的“新異區(qū)",中間隔板下方有一個(gè)2×2 cm的小門(mén),可手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)。

流程:

將10條魚(yú)放入居住區(qū),適應(yīng)10分鐘。打開(kāi)小門(mén),記錄每條魚(yú)從居住區(qū)進(jìn)入新異區(qū)的順序(出巢排名)。測(cè)試持續(xù)15分鐘,共進(jìn)行5輪,得到50條魚(yú)的排名(1~10,1為最先出巢,即最冒險(xiǎn))。結(jié)果應(yīng)用:出巢排名越靠前,表示冒險(xiǎn)行為越強(qiáng)。

 

(2)個(gè)體出巢測(cè)試(Single emergence test)

目的:驗(yàn)證冒險(xiǎn)行為是否在時(shí)間上保持一致。

流程:

在群體測(cè)試3個(gè)月后,將每條魚(yú)單獨(dú)放入相同裝置,記錄其從居住區(qū)進(jìn)入新異區(qū)的時(shí)間(秒)。時(shí)間越短,冒險(xiǎn)性越強(qiáng)。使用高清攝像頭從上方錄制視頻,攝像頭安裝在1.5米高處。

 

(3)曠場(chǎng)測(cè)試 + 鏡像刺激(Open field test + mirror stimulation)

目的:評(píng)估與冒險(xiǎn)行為相關(guān)的探索行為、運(yùn)動(dòng)行為和攻擊性。

裝置:

水箱結(jié)構(gòu)與出巢測(cè)試類(lèi)似,但在新異區(qū)末端設(shè)置一面與水平面呈70°角的鏡子,使魚(yú)只能在靠近鏡子約4 cm(約1個(gè)體長(zhǎng))時(shí)才能看到自己的鏡像。

流程:

魚(yú)在居住區(qū)適應(yīng)10分鐘,打開(kāi)小門(mén),魚(yú)進(jìn)入曠場(chǎng)。記錄30分鐘內(nèi)的行為,包括:游泳速度,角速度,活動(dòng)狀態(tài)(高活動(dòng)、活動(dòng)、靜止,%),進(jìn)入鏡像區(qū)的次數(shù)與時(shí)間;攻擊行為頻率(AGRF,如咬鏡像、并行游泳、繞圈等,次/秒)。

分析工具:視頻數(shù)據(jù)使用諾達(dá)思的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)進(jìn)行自動(dòng)軌跡追蹤與分析,攻擊行為由人工標(biāo)注。

 

2.2.2 幼魚(yú)行為測(cè)試:明暗測(cè)試(Light Dark Challenge, LDC)

目的:評(píng)估幼魚(yú)的焦慮樣行為。

裝置:使用諾達(dá)思的斑馬魚(yú)行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)觀測(cè)箱,配有紅外照明和紅外敏感攝像頭,可從上方以60幀/秒記錄24孔板中每條幼魚(yú)的運(yùn)動(dòng)。

流程(以5 dpf幼魚(yú)為對(duì)象)。適應(yīng)期:光照條件下10分鐘;基線期:光照條件下10分鐘;

第一次暗期:5分鐘(模擬威脅);第一次光期:10分鐘;第二次暗期:5分鐘;第二次光期:10分鐘。

分析參數(shù):

游泳速度,角速度,彎曲度,加速度,活動(dòng)狀態(tài)。

 

三、結(jié)果

3.1 冒險(xiǎn)行為在時(shí)間和情境上保持高度一致

研究結(jié)果顯示,群體出巢排名與個(gè)體出巢時(shí)間之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(圖2)。也就是說(shuō),在群體測(cè)試中越早出巢的魚(yú),在三個(gè)月后的個(gè)體測(cè)試中也越快地進(jìn)入新異環(huán)境。這一發(fā)現(xiàn)表明,冒險(xiǎn)行為在長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月的時(shí)間跨度內(nèi)保持穩(wěn)定,并且在群體與個(gè)體兩種不同情境下具有一致性。

圖2.親代(F0)和F1成魚(yú)的群體及單次出巢測(cè)試。A.群體出巢測(cè)試中的涌現(xiàn)排名與單次測(cè)試中的時(shí)間之間存在顯著相關(guān)性;B.F1成魚(yú)在單次出巢測(cè)試中獲得的出巢時(shí)間與F0親魚(yú)在群體出巢測(cè)試排名和F1單次出巢測(cè)試(時(shí)間)中的出巢排名之間的關(guān)系圖
 

3.2 F0代的冒險(xiǎn)行為可預(yù)測(cè)F1代成魚(yú)的行為特征

研究者將F0代魚(yú)的出巢排名,與F1代成年魚(yú)在曠場(chǎng)和鏡像刺激測(cè)試中的行為進(jìn)行相關(guān)性分析(圖3)。結(jié)果顯示,F(xiàn)0代出巢排名與F1代成魚(yú)的游泳速度呈顯著負(fù)相關(guān),意味著親本越冒險(xiǎn),其后代在曠場(chǎng)中游得越快。同時(shí),F(xiàn)0出巢排名與F1代成魚(yú)的靜止?fàn)顟B(tài)比例呈顯著正相關(guān),即親本越冒險(xiǎn),其后代靜止不動(dòng)的時(shí)間反而越少。更重要的是,F(xiàn)0出巢排名與F1代成魚(yú)的攻擊行為頻率呈顯著負(fù)相關(guān),說(shuō)明冒險(xiǎn)的F0代,其后代也表現(xiàn)出更高的攻

圖3.針對(duì)F0親本代(A–D)及F1代(E–G)成魚(yú),在結(jié)合了鏡像刺激的曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)(open field test)中測(cè)得的行為參數(shù),與F0親本魚(yú)在群體離開(kāi)隱蔽物實(shí)驗(yàn)中的離開(kāi)順序進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析,具體參數(shù)包括:A、E游動(dòng)速度、B角速度、F靜止?fàn)顟B(tài)、C接近鏡像所需時(shí)間以及D攻擊行為頻率擊性。

 

這些結(jié)果表明,F(xiàn)0代的冒險(xiǎn)行為不僅反映了自身的應(yīng)對(duì)風(fēng)格,還能在一定程度上預(yù)測(cè)下一代成年期的活動(dòng)水平和攻擊性,提示這些行為特征具有可遺傳的成分。

 

3.3 F0代冒險(xiǎn)行為可預(yù)測(cè)幼魚(yú)(F1和F2)的焦慮樣行為

通過(guò)明暗測(cè)試,在F1代幼魚(yú)中,基線期(光照穩(wěn)定階段)的數(shù)據(jù)顯示,F(xiàn)0代出巢排名與幼魚(yú)游泳速度呈顯著負(fù)相關(guān),與加速度也呈負(fù)相關(guān),而與角速度呈正相關(guān),與靜止?fàn)顟B(tài)比例呈正相關(guān)(圖4)。這意味著:親本越冒險(xiǎn),其后代幼魚(yú)在基線期游得更快、加速更少(即運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn))、路徑更直、靜止時(shí)間更少。

 

在暗期(模擬威脅環(huán)境)中,類(lèi)似的相關(guān)性模式同樣存在:F0出巢排名與F1幼魚(yú)游泳速度和加速度呈負(fù)相關(guān),與角速度和靜止?fàn)顟B(tài)呈正相關(guān)。然而,在光期中,未發(fā)現(xiàn)任何顯著相關(guān)性。

 

有趣的是,在F2代幼魚(yú)中,這種相關(guān)性明顯減弱。僅觀察到F0出巢排名與F2幼魚(yú)在光期的角速度呈弱正相關(guān),以及與暗期的靜止?fàn)顟B(tài)比例呈正相關(guān)。這說(shuō)明,親本冒險(xiǎn)行為對(duì)后代行為的影響隨著世代增加而逐漸稀釋?zhuān)钥稍谔囟▍?shù)上檢測(cè)到。

圖4.F0代魚(yú)的游出排名作為幼魚(yú)行為的預(yù)測(cè)指標(biāo)。圖示了F1代(A–H)和F2代(I, J)幼魚(yú)在明暗測(cè)試中獲得的行為參數(shù),這些參數(shù)與F0代親魚(yú)在群體游出測(cè)試中的游出排名進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析。分析涵蓋了基線階段(A–D)、黑暗階段(合并數(shù)據(jù);E–H)以及明暗階段(I, J),涉及的行為參數(shù)包括:A、E游動(dòng)速度、B、F加速度、C、G、I角速度以及D、H、J靜止?fàn)顟B(tài)
 

3.4 從幼年到成年:行為特征在發(fā)育階段間保持一致性

為了驗(yàn)證壓力應(yīng)對(duì)風(fēng)格是否在整個(gè)生命周期中保持穩(wěn)定,研究者將F1代幼魚(yú)(基線期)的行為參數(shù)與同批F1代成年魚(yú)(曠場(chǎng)測(cè)試)的行為參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)性分析。

 

結(jié)果顯示,游泳速度在幼年和成年之間呈顯著正相關(guān),角速度也呈正相關(guān),靜止?fàn)顟B(tài)比例同樣呈正相關(guān)。這些數(shù)據(jù)表明,個(gè)體在幼年時(shí)期的運(yùn)動(dòng)風(fēng)格(活動(dòng)水平、路徑曲折度、靜止傾向)能夠預(yù)測(cè)其成年后的同類(lèi)行為。

 

3.5 遺傳力估計(jì):冒險(xiǎn)行為與攻擊性可遺傳

為了量化行為特征的遺傳程度,研究者將親代(F0或F1)的平均行為值與后代(F1或F2)的平均行為值進(jìn)行線性回歸,回歸系數(shù)b即為狹義遺傳力(h2)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),出巢時(shí)間(單次出巢測(cè)試):F0與F1之間呈顯著正相關(guān),遺傳力h2=0.49,即冒險(xiǎn)行為的遺傳力約為49%。攻擊行為頻率(鏡像刺激測(cè)試):F0與F1之間同樣顯著相關(guān),遺傳力h2=0.41,即攻擊性的遺傳力約為41%。角速度(幼魚(yú)光暗挑戰(zhàn)):F1與F2之間在光期(F1暗期 vs F2光期)顯著相關(guān),遺傳力h2=0.36。靜止?fàn)顟B(tài)(幼魚(yú)光暗挑戰(zhàn)暗期):F1與F2之間顯著相關(guān),遺傳力h2=0.42。

 

總結(jié)

本文介紹的研究結(jié)果在多代斑馬魚(yú)中證明了:冒險(xiǎn)行為、攻擊性、運(yùn)動(dòng)方向性和靜止行為均具有一定程度的遺傳力。換句話說(shuō),這些行為特征并非全部由環(huán)境塑造,而是確實(shí)存在可遺傳的基因基礎(chǔ)。

 

參考文獻(xiàn)

Koets, Lianne, et al. “Risk taking behaviour predicts consistent and heritable coping styles in zebrafish." BMC neuroscience 26.1 (2025): 25.

 

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