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文|碎舟寒
編輯|碎舟寒
前言
在近年來的水産養殖研究中，越來越多的注意力，開始轉向環境因素對魚類認知能力和生長性能的影響。
黑石魚作為一種重要的經濟魚類，在漁業和養殖業中具有廣泛的應用價值，但随着養殖規模的擴大，黑石魚的認知能力和生長性能面臨着新的挑戰。
環境富集作為一種可能的管理方法，被認為可以促進黑石魚的認知能力發展和生長提升，但其影響機制仍需要進一步研究。
還有要注重環境變化和刺激，在其他魚類的研究中，顯示出在認知和生長方面産生積極效果。
不同的環境富集方法，如提供多樣性的飼料、引入結構化環境等，可以激發魚類的求知欲和探索行為，進而可能改善其認知能力。
此外環境富集也可能通過提供更多的運動空間和刺激，影響黑石魚的生長性能，促進其生長發育。
環境富集對魚類的影響
在幼魚階段，魚類容易挨餓和捕食，進而加劇其死亡率，許多研究人員，将釋放魚類的高死亡率，歸因于在人工環境中飼養的幼魚，可能沒有足夠的能力在野外生存，例如，用于商業養殖的現代工業化水産養殖系統往往保持高人口密度。
生活環境不像自然環境那樣複雜和不确定，很多因素都可能導緻魚類認知能力下降和行為特征異常，最終導緻放生後存活率低，改善這種情況的一個重要手段是環境富集。
研究表明複雜的環境可以提高認知能力，在塑造魚類的神經系統方面發揮重要作用，其中兩個最重要的因素是實體環境的異質性和社會複雜性。
其中社會互動可以提供神經刺激，并增加突觸連接配接和神經發生的數量，進而促進學習，實體環境的複雜性提供了與社會豐富類似的效果。
空間認知對魚類尤其重要，它涉及感覺和存儲空間線索，并能夠檢索這些資訊，并使用學習和記憶，來幫助它們修改行為，以找到位置或遵循特定路線，是以認知能力對于栖息在複雜多變環境中的魚類的生存尤為重要。
一般來說認知可以定義為動物行為，以及生理的變化，貧瘠的環境會削弱魚類的認知能力，但環境複雜性對魚類認知的影響，無論是在行為還是分子機制方面。
在很大程度上仍然未知，為了更好地了解這種關系，通過認知評估裝置和相關名額的檢測，來研究魚類的生活環境，如何影響它們的認知能力至關重要。
在各種行為評估方法中，迷宮測試被廣泛用于評估動物的認知能力，在各種類型的迷宮測試中，T迷宮是一種有效的方法，廣泛用于評估齧齒動物的認知能力，近年來也被用于評估魚類的認知能力。
還有神經科學家特别關注神經可塑性的分子機制，特别關注神經營養因子家族，神經生長因子（NGF）和腦源性神經營養因子（BDNF）。
作為神經營養因子家族的成員，在神經可塑性中起着重要作用，NGF最初被描述為神經元存活和生長因子，在神經支配密度、神經遞質和神經肽的合成。
軸突發芽和樹突狀樹枝狀樹皮化中起作用，BDNF通過塑造和細化突觸以及促進神經發生和細胞存活，在神經可塑性中具有重要作用，NGF和BDNF在神經元增殖、分化和突觸形成過程中都起着關鍵作用。
有研究發現，BDNFmRNA在7日齡斑馬魚幼蟲的大腦中廣泛表達，這表明神經營養因子在幼體出生後不久，就開始影響幼魚的認知功能，是以認定它們與個體的學習和認知能力密切相關。
除了認知能力外，個體大小也往往會影響幼魚的捕食能力和體表寄生蟲的數量，進而影響其生存。
與其他脊椎動物類似，魚的生長也受到内分泌調節，特别是通過生長激素（GH）胰島素樣生長因子-1（IGF-1）軸，GH主要由垂體中的生長激素分泌。
下丘腦中生長抑素（SS）的釋放也起到調節GH釋放的作用，同時，垂體釋放的生長激素進入血液循環。
與肝GH受體結合，刺激IGF-1的合成和釋放IGF-1是一種7.5kDa的單鍊多肽，負責細胞分化和增殖，并通過刺激骨生長的相關過程促進個體的生長。
黑石魚廣泛分布于中國北部，日本和南韓的沿海地區，由于其漁業價值，它是種群增殖的重要物種，但由于過度捕撈，其資源正在嚴重下降。
黑石魚通常栖息在有岩石和海草的地區，在那裡它需要強大的适應性，來應對複雜的環境變化，和來自具有類似習性的其他物種的競争。
除此之外，黑石魚表現出很強的可塑性和适應性，使其能夠适應各種自然栖息地是以，該物種是研究魚類認知能力的合适物種。
2.材料和方法
1.實驗設計
幼年黑石魚取自中國山東威海的商業孵化場文登海河孵化場，在實驗開始之前，幼魚在室内水箱中适應實驗條件15天。
選擇具有相似初始體長和體重的魚，沒有體表損傷，進行實驗，實驗魚在強化玻璃水箱中養殖，使用氣石連續供氧以保持水的溶解氧含量。
水溫從19°C逐漸下降到13°C，光周期遵循自然的晝夜循環，鹽度保持在28至30之間，水位保持在40厘米，水箱每周清潔3次，以避免對魚的過度幹擾，例如吸吮底部太久時産生振蕩。
在實驗開始之前沒有接觸過其他物種，在自然環境中，它們的栖息地重疊，有時具有競争關系。
T迷宮，左：配置檔案顯示;右：規格。
2.分組觀察
經過7周的養殖期，選擇60條魚進行T迷宮試驗，它們被分成十二個水箱，根據其原始順序暫時圈養。
為了減輕壓力并使實驗魚熟悉該裝置，在T迷宮測試開始前，它們每天兩次轉移到該裝置上，上午2小時，下午2小時，總共三天。
我們確定每條魚都能在魚适應裝置時獲得有關濃縮區食物供應的資訊，在每個實驗結束時，将不同組的魚放入單獨的水箱中，以避免與其他魚混合。
T迷宮測試持續了一個星期，魚被禁食以保持食物動力，每個治療組同時進行實驗，經過15分鐘的适應期後，将魚釋放到起始區域。
并記錄到達栖息地覓食或定居至少5分鐘所需的時間，未能在15分鐘内到達栖息地的個體被記錄為900秒，光周期遵循自然的晝夜循環，為了避免光強和時間變化對每組的影響，每天的測量順序都不同。
該實驗是使用相機記錄，相機放置在離水箱一定距離的地方，以避免打擾魚，先前的研究表明，許多魚類具有學習和整合資訊的能力，而這些資訊的處理是一個複雜的過程。
3.結果
大腦這些複雜神經過程中最重要的區域是背外側端腦（DI），它被認為是哺乳動物海馬體的功能同系物，選擇BDNF是神經生長因子家族中表達最豐富的成員，在神經可塑性中起重要作用。
作為神經營養因子家族的一員，另一個因子NGF也是研究最早和最徹底的因子，在調節中樞和外周神經元功能特征的發育、分化、生長、再生和表達方面起着重要作用。
有相關研究表明，環境富集會影響魚腦中一些認知相關因素和基因的表達，結果表明，長期生活在複雜環境中的魚類，具有更強的學習和認知能力，這種情況可能與它們大腦的環境“刺激”有關。
這種刺激促進BDNF和NGF的上調，增強神經可塑性，這對于個體的生存至關重要，此次我們僅選擇了認知相關神經營養因子家族的兩名成員，後續研究應考慮其他認知相關因素。
包括BDNF和NGF水準的增加如何導緻認知能力的提高，以及其他因素是否與之互相作用，以及不同因素在認知能力提升過程中的初級和次要地位。
值得注意的是，更複雜的環境可能會引起更強的刺激，有利于增加認知靈活性，研究結果可為提高施萊格利沙門氏菌增殖效率提供參考。
個體大小也是魚類生存的最基本關鍵因素之一，在先前關于鲑科動物的研究中，鲑魚化中個體的大小影響了它們适應海水的能力。
生長性能的影響對比
此次觀察通過對幼魚飼養1周後的生長資料分析，發現生境富集和社會富集對幼魚體重、體長、比生長速度、增重率均有影響。
且這種影響看似是負的，這一結果似乎與先前的研究不同，有趣的是，通過對樣本的随訪測試與生長性能相關的三個名額，我們發現不同處理下實驗魚大腦中的GH和SS水準，與内髒品質中的IGF-1水準存在顯着差異。
富集處理組GH和IGF-49顯著高于對照組，SS顯著低于對照組，生長性能相反，從随後的視訊分析來看，我們認為造成這種現象的原因如下：雖然養殖期間每個水箱的進料量相同。
但由于生境富集處理組的魚缸結構複雜，部分餌料落入結構等實驗魚難以發現的地方，結果生境富集處理組中的魚比另一個處理組中的個體吃得少，導緻生長差異，在先前的研究中也發現了類似的現象。
饑餓可顯著增加鲑科和垂體GHmRNA中的血漿GH濃度，還有饑餓的魚類再喂食可導緻肝髒IGF-I濃度和IGF-51mRNA升高，饑餓除了影響生長性能外，還會影響魚類的行為，甚至短暫影響它們的性格。
性格包括勇氣、探索性、進取心等，外部環境的變化，有時會影響人群中個體之間人格名額的差異，導緻行為差異，這可能對迷宮實驗産生影響。
另一方面，由于大泷嗜血杆菌，和施萊格利嗜血杆菌的栖息地範圍和生活習性比較接近，大泷嗜血杆菌的存在，可能會對大泷嗜血杆菌造成“抑制”。
以前的研究表明，競争和壓力會影響魚的生理狀态和人格行為，但我們還沒有探讨過這種“抑制”是否也會影響實驗魚的行為，是以随訪研究應更加關注人格行為、學習認知能力和壓力之間的關系。
由于富集組調節生長的激素水準高于對照組，我們認為在這種背景下實驗魚在後續過程中會表現出代償性生長。
為了避免這種現象，提高糧食的使用率，在環境富集的後續研究中應注意結構的位置和物種的選擇。
避免降低糧食使用率，此外食物類型和飼養方式的選擇也可以改進，例如少量和高頻率的喂食，以避免食物浪費和對魚類生長的影響。
結論
通過對照組相比，生境組和社會富集組BDNF和NGF水準均上調，兩種富集方法對NGF有顯著的互動作用，這可能是由于生活環境的複雜性，對學習和記憶等認知過程的刺激。
同時，行為評估的結果與他們一緻，在T迷宮實驗中，生境組和社會富集組在T迷宮中均表現較好，7周内找到終點所需的時間均短于對照組，我們認為這兩種富集方法提高了實驗魚的學習和認知能力。
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END