【摘 要】
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鱼类依靠从环境中获取的食物资源,经消化吸收后转化为可用能量。一般认为,能量优先分配给维持需求。在鱼类的维持耗能中,神经系统及感觉器官的能量需求占比很高。在可用能量有限的情况下,感觉器官的耗能受限于神经系统能量分配占动物总能量供给比例,可能在各感觉器官间存在能量权衡。视觉比其他各器官的耗能水平高,视觉和非视觉功能之间也可能存在能量权衡。已有研究发现洞穴鱼类玫瑰高原鳅(Triplophysa rosa
【基金项目】
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国家自然科学基金项目资助(项目编号:32070438);
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鱼类依靠从环境中获取的食物资源,经消化吸收后转化为可用能量。一般认为,能量优先分配给维持需求。在鱼类的维持耗能中,神经系统及感觉器官的能量需求占比很高。在可用能量有限的情况下,感觉器官的耗能受限于神经系统能量分配占动物总能量供给比例,可能在各感觉器官间存在能量权衡。视觉比其他各器官的耗能水平高,视觉和非视觉功能之间也可能存在能量权衡。已有研究发现洞穴鱼类玫瑰高原鳅(Triplophysa rosa)的脑较小,且眼退化,可能节约了视觉耗能。视觉退化节约的能量可减轻嗅觉功能受到的能量限制。此外,在黑暗的洞穴环境中,较强的嗅觉功能更有利于与资源获取相关的行为活动,从而影响生长、繁殖及储存的能量分配。因此,本研究提出以下几个问题:洞穴鱼类的嗅觉敏感性如何?嗅觉敏感性与代谢水平的种间关系如何?嗅觉活动与代谢耗能关系如何?以洞穴鱼类玫瑰高原鳅与三种非洞穴鱼类贝氏高原鳅(Triplophysa bleekeri)、红尾荷马条鳅(Homatula variegata)和云南盘鮈(Discogobio yunnanensis)为研究对象,开展以下三方面工作:1.选取身体健康的四种鱼测量体长体质量后,测定了个体静止代谢率,以比较洞穴鱼类和非洞穴鱼类维持代谢耗能的差异。2.观测了注入0、1.2×10-11、1.2×10-10、1.2×10-7、1.2×10-5、1.2×10-3和1.2×10-1M的混合L-氨基酸后四种鱼类的活跃性、探索性和偏好性等行为活动,以检验洞穴鱼类与非洞穴鱼类的嗅觉敏感性的差异,分析嗅觉敏感性与代谢水平的种间关系。3.测定了注入水、1.2×10-3和1.2×10-1M的混合L-氨基酸后四种鱼类的代谢率的变化;测定了堵鼻孔前后贝氏高原鳅的静止代谢率,观测了注入不同浓度氨基酸后的行为活动,以检验嗅觉活动与代谢耗能关系。以期为洞穴鱼类适应洞穴极端环境提供能量行为学研究资料。主要结果如下:(1)物种间的代谢率存在显著差异(F=163.72,p<0.001)。玫瑰高原鳅的静止代谢率显著低于贝氏高原鳅(p<0.001),红尾荷马条鳅(p<0.001)和云南盘鮈(p<0.001)。控制体质量效应后,玫瑰高原鳅、贝氏高原鳅、红尾荷马条鳅和云南盘鮈的静止代谢率分别为0.090、0.356、0.293和0.383 mg O2·h-1。(2)玫瑰高原鳅的基础活跃性、探索性和偏好性活跃性均显著高于贝氏高原鳅、红尾荷马条鳅和云南盘鮈。玫瑰高原鳅、贝氏高原鳅和红尾荷马条鳅的活跃性浓度阈值分别为1.2×10-9、1.2×10-1和1.2×10-5M,探索性浓度阈值分别在1.2×10-7、1.2×10-3和1.2×10-5M。本研究设置的浓度没有涵盖云南盘鮈活跃性和探索性浓度阈值。(3)物种间的嗅球质量存在显著差异(F=37.149,p<0.001),玫瑰高原鳅的嗅球质量显著小于贝氏高原鳅(p<0.001)和云南盘鮈(p<0.001),但与红尾荷马条鳅无显著差异(p=0.92)。控制体质量效应后,玫瑰高原鳅、贝氏高原鳅、红尾荷马条鳅和云南盘鮈的嗅球质量分别为0.42、0.83、0.56和1.34 mg,嗅球指数分别为0.01%、0.03%、0.02%和0.05%。物种间的脑质量存在显著差异(F=112.259,p<0.001),玫瑰高原鳅的脑质量显著小于贝氏高原鳅(p=0.001)、红尾荷马条鳅(p=0.025)和云南盘鮈(p<0.001)。控制体质量效应后,玫瑰高原鳅、贝氏高原鳅、红尾荷马条鳅和云南盘鮈的脑质量分别为18.59、21.86、25.87和38.38 mg,脑指数分别为0.67%、0.78%、0.93%和1.38%。(4)堵鼻孔对贝氏高原鳅静止代谢率无显著影响(t=0.062,p=0.95)。拟堵鼻孔的贝氏高原鳅的活跃性和探索性浓度阈值为1.2×10-1M,真堵鼻孔的贝氏高原鳅没有明显阈值,注入不同浓度的氨基酸后,活跃性、探索性和偏好性参数均无显著变化(均p>0.05)。注入氨基酸后,四种鱼类的代谢率均无显著变化(均p>0.05)。以上研究结论表明,玫瑰高原鳅的代谢水平仅为其他三种非洞穴鱼类的69.3%-76.5%,但其嗅觉敏感性比其他三种鱼类高10~4-10~6倍。提示嗅觉敏感性较强的物种个体代谢率不一定高。这可能是由于鱼类的视觉与嗅觉功能在种内可能存在能量权衡,与视觉功能相比,嗅觉功能的耗能水平较低;以及类睡眠时间、鼻孔和下丘脑大小等因素导致洞穴鱼类的嗅觉功能较强,这有利于洞穴鱼类在洞穴生境中寻找食物、配偶等行为。
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