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抗生素会影响斑马鱼的行为吗?
发布时间:2022-10-17   点击次数:183次

抗生素是广泛用于治疗细菌感染的药物,通过杀死微生物或阻止其生长发挥作用。据估计,抗生素药物的全球使用量约为每年10万至20万吨。这些化合物中的大多数是通过人类和动物的粪便或尿液原封不动地排泄出来,在水体中被发现是污染物,破坏水生生态系统,进而对水生生物产生不利影响。考虑到自然环境中的行为决定了个体的健康、繁殖,甚至物种的生存,因此评估抗生素对水生动物,尤其是鱼类的行为反应的影响是相当重要的。为此,本文测试了不同种类的抗生素对斑马鱼行为的影响,以评估抗生素引发的水环境改变是否会导致斑马鱼的行为模式发生变化。


1. 研究方法

本研究选用6-9个月的成年斑马鱼,来测量其暴露于6.25、12.5和25 mg/L浓度抗生素环境下的行为影响,实验选用了金霉素、环丙沙星和头孢他啶三种使用广泛的抗生素作为代表。研究使用的斑马鱼被保存在一个自动循环系统中,将抗生素溶解在水中96小时,同时记录和分析斑马鱼的探索行为、认知行为、社交互动和攻击性行为。

测量内容

1.1探索行为

将斑马鱼分别置于实验箱中,分析记录以下行为参数:移动距离(m)、移动时间(s)、静止时间(s),最后一个参数用来测量焦虑指标。

1.2 Y型迷宫实验

在这项测试中,斑马鱼使用视觉线索来确定自己的方位,并从Y形迷宫中区分新旧手臂。Y迷宫测试由两个实验组成,以评估对新颖性和空间识别记忆的反应。Y迷宫随机开始起始臂,鱼开始探索。在第一个实验期间,鱼只能探索两条手臂,第三条手臂闭合。在第二次实验中,鱼被放回同一个起始臂上,可以自由接触所有三条手臂。

1.3 社交互动行为

社交互动用来测量斑马鱼的社会行为。在这个实验中,每条鱼都被放在一个装有水的实验池中。实验水池的一侧放置了一个空的鱼缸,另一侧则装有一个大小相同的水池,里面有15条斑马鱼。实验箱分为三个区域,“刺激区"靠近装有斑马鱼的“刺激箱",中间区域被视为中性,其余区域更靠近空箱。测量斑马鱼在每个区域花费的时间,以分析鱼类的社交行为和对同类的偏好。测量参数为斑马鱼在每个区域花费时间的百分比,和到刺激区的平均距离(m)。使用Noldus动物运动轨迹跟踪系统对斑马鱼行为进行视频记录。

动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT) 是一款应用广泛的视频跟踪软件,可以跟踪和分析任何动物的行为、运动轨迹和活动。系统可以提供大量参数,以帮助对实验结果进行深入分析,包括行进距离、在某个区域花费的时间、位置、路径形状以及更多相关参数。结果可以通过图表,图形,轨迹热像图等多种方法进行可视化呈现。

EV产品图.jpg




1.4攻击行为

攻击行为对物种维持群体、社会等级和交配等有影响。在攻击性测试中,每条鱼被分别放在一个实验池中,一个镜子放置在水箱侧面,与后壁成一定角度。当一条测试鱼游到鱼缸的左侧时,它们的镜像看起来更接近它们。将鱼缸分成四个相等的部分,并允许计算每个部分花费的时间。进入最左边的区域(1区和2区)的时间表明倾向于接近“对手",而进入最右边的区域(3区和4区)则表明攻击性较小。使用EthoVision XT软件对实验进行记录。


2. 结果

2.1 探索行为

研究分析了抗生素暴露96小时后斑马鱼的行为模式,结果表明,每种药物至少有一种浓度测试会影响探索行为。所有抗生素药物都会影响探索行为(图1)。与对照组相比,接受25 mg/L环丙沙星、12.5 mg/L或25 mg/L头孢他啶和12.5 mg/L金霉素的斑马鱼的游动距离更长(图1A)。研究还通过分析在水箱顶部/底部的时间来评估焦虑样行为。结果表明,抗生素暴露后这些参数没有差异(图1B)。

图1.png

图1


2.2 Y迷宫试验

Y迷宫试验用于研究抗生素药物对认知的影响(图2)。对照组表现如预期,与起始臂和其他臂相比,对照组在新臂上花费了更多时间。然而,在所有浓度的环丙沙星(图2A)、6.25和12.5 mg/L头孢他啶(图2B),以及12.5 mg/L和25 mg/L金霉素(图2C)中,结果表明斑马鱼的记忆能力受损。

图2.png

图2


2.3 社交互动

研究测量了斑马鱼在靠近其他鱼类的区域内花费的时间百分比和距离。结果显示,这些参数都没有改变。在斑马鱼中,没有任何抗生素引起社交互动障碍,所有接受实验的斑马鱼对刺激区表现出相同的偏好,如刺激区的时间百分比(图3A)和刺激区的平均距离(图3B)所示。

图3


2.4 攻击行为

我们观察到抗生素在斑马鱼的攻击性行为中起着作用。与对照组斑马鱼相比,接受环丙沙星处理的斑马鱼在离镜子最近的部分停留的时间更长。经过头孢他啶处理过的产生了类似的效果(图4C)。此外,环丙沙星和金霉素治疗的动物叮咬的行为次数显著增加(图4D)。接受抗生素处理的动物呈现攻击行为,而不仅仅是希望与镜子中的图像互动。

图4


3. 总结

本文研究表明,斑马鱼暴露于抗生素水生环境中会引起行为的改变,环丙沙星、金霉素和头孢他啶抗生素造成的水环境改变可能会影响斑马鱼的探索、记忆和攻击等行为,需要加强对抗生素污染可能会导致水生动物行为影响的重视和管理。



参考文献

Petersen, Barbara Dutra, et al. "Antibiotic drugs alter zebrafish behavior." Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology 242 (2021): 108936.



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