| 单词 | 以海洋动物为模型的神经生物学 |
| 释义 | 【以海洋动物为模型的神经生物学】 神经生物学的起源可追溯到公元130～200年，罗马医生盖伦在不同节段上切断人的脊髓，观察原有功能的丧失。随后，神经生物学研究逐渐形成两个主要分支：神经解剖学和神经生物学。 20世纪60年代初，随着神经生物学与其他许多学科在发展过程中自然交叉、综合，不同科学的理论、技术大量融合，逐步形成了“神经科学”的概念。鉴于神经科学取得的重大进展，以及这些进展所揭示的广阔前景，科学家认为神经科学的发展正处于关键时刻。1．生物电信号的产生及传播种。海洋动物枪乌贼(Loligo pecki)的巨大神经纤维为科学家弄清所有神经细胞产生并传播电脉冲的机制起了关键作用。霍奇金、赫胥黎和艾克斯也因此于1963年获得了诺贝尔奖金。2．神经细胞的轴浆运输。同样，也是由于一些海洋动物如枪乌贼、龙虾及沙蚕等具有巨大轴突而成为重要的研究材料。从而使这个领域得到重要的进展和突破。3．学习与记忆的神经机制。学习和记忆是脑的高级神经活动，近十几年来，学习与记忆已成为神经科学中颇富成果的研究领域。海洋动物在学习与记忆研究过程中也起了举足轻重的作用，例如软体动物海兔(Aplysia)具有习惯化(habituation)和敏感化(sensitization)的初级学习形式；海螺(Hermissenda crassicornis)具有条件反射学习方式。4．感觉生物学及行为调控。海洋动物特别是低等海洋无脊椎动物大多具有敏锐的感觉机制，以感受生存环境中的各种信息(如光、声、化学信息、电、磁、热学等)，从而表现出相应的行为反应如摄食、御敌、生殖、附着、集群、洄游等。海洋动物感觉生物学及行为调控研究是一个既具有理论意义又具有广阔应用前景的领域。一般认为，许多海洋动物都代表着生物复杂性进化过程中的早期阶段，从而常常具有较简单的结构。研究简单的生物系统经常能够使我们很容易地看到问题的本质。在神经科学的发展中，通过分析简单的神经系统来研究脑的高级整合功能，已被证明是极富成效的。这些研究的基本前提是：无论是简单的还是复杂的神经系统，就其生物电信号的发生、传输、处理而言，存在着相同的原理；而组成神经系统的基本单位——神经元的结构和功能则是相似的。中国进行神经生物学研究的历史不长，开展海洋动物神经生物学研究的历史更短。这些研究工作主要涉及以下几方面。其一，神经系统的大体解剖及神经元的结构与功能。这方面的工作比较零散，可供参考的资料亦不多。徐科等对中国对虾(Penaeuschinensis)腹神经索巨大神经纤维结构和功能的研究最具有代表性，有一定的特色、系统性和深度。1961年，首次报道了中国对虾腹神经索中巨大纤维的传导速度非常高，竟超过了哺乳动物最大纤维的最高值，为80～20m／s。后来Kusano和Hama等人在日本对虾(Penaeus japonicus)腹神经索中发现了类似的现象，也开展了类似的研究。神经元结构和功能方面的工作还有对沼虾(Macrovrachium nipponesis)神经纤维髓鞘的超显微结构的研究；对乌贼(Sepia esculenta)神经的研究；对沼虾腹部肌肉感受器的研究；对中国对虾牵张感受器的研究等。其二，感觉生物学及行为调控。感觉生物学研究的内容较广，包括视觉、听觉、化学感觉(嗅觉、味觉、内部化学感觉及趋化性等)、电感觉、磁感觉、热感觉等。近年来，国内较活跃的研究领域包括视觉和听觉，化学感觉研究也在逐步展开。国际上，视觉生物学的研究一直是感觉生物研究中最活跃的领域。研究内容大致包括：(1)视网膜的结构和功能；(2)视中枢的结构和功能；(3)视觉运动和模式识别。在中国，水生动物视觉生物学及行为调控的研究大致涉及3个方面内容：视觉运动反应(Optomotor reaction)；视觉通道的结构及视网膜运动反应(retino motor response)；视网膜电生理特性。视觉运动反应：是指动物为了将其视野内的运动目标保留在视网膜的一点上而产生的一种移动反应。研究水生动物视觉运动反应，对于阐明其趋流和集群机制、探讨其视觉特点和游泳能力具有重要的理论意义，并且在设计、改进渔法和控制海洋经济动物的行为上也有较大的实用价值。何大仁等(1985)对鲻鱼(Mugil cephalus)、鲈鱼(Laieolabrar japonicus)、黄鳍鲷(5parus latus)、鲤鱼和黄鱼(Ctenophotyngodon idellus)等5种幼鱼进行了视觉运动反应实验，并将幼鱼对运动条纹的反应分成三阶段：跟随、活泼运动和无反应，结果表明反应率随照度的降低或屏幕转速的提高而下降；另外，对尼罗罗非鱼(Tilapia nilotica)、鲫鱼(Carassius auratus)、太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)幼体和缢蛏(Saunovacula amstricta)幼体等也进行了类似的研究。在光诱渔业中采用什么颜色的光源来诱集鱼群最有效?针对这个问题，有人对三疣梭子蟹(Portunus tritubereulatus)(郑微云，罗会明，1979)、孔沙丁鱼(Sardinella perforata)、勃氏银汉鱼(Atherinableekeri)、长毛对虾(Penaeus peicillatus)、黄鳍鲷幼鱼、鲤鱼幼鱼等，利用行为学方法进行了对色光的趋光反应研究。结果表明，这些动物都具有不同程度的色觉。视觉通道的结构及视网膜运动反应：硬骨鱼视网膜具有脊椎动物视网膜的一般特征，常用作研究脊椎动物视网膜一般特性及视觉信息在视网膜中加工、传输的材料。组织学方法与其他方法相结合，已成为揭示鱼类视觉特性及阐明其趋光机理的重要手段。这方面的工作包括对普遍鲻鱼(Mugil cepholus)和黄鳍鲷等的视网膜结构的研究。部分鱼类视网膜中的视锥、视杆和色素上皮褐色素会随环境光强变化而发生相对位置的改变，这一现象被称为鱼类视网膜运动反应(章厚泉，何大仁，1989)。国内这方面的研究包括对黄鳍鲷和普通鲻鱼的研究，对鲑鱼石斑鱼(Epinepnelus foriv)、大弹涂鱼(Boleophthaius peetinirostris)的研究，以及对青石斑鱼(Epinephelus owoara)的研究等。视网膜电生理特性：视觉膜电图(ERG)是视网膜的综合电活动，在很大程度上反映了视系统的基本功能。杨雄里等在这方面做了系统、深入的工作，他们研究了Decapterus maruadsi和鲐鱼视网膜电图的适应特性和B波度在明适应过程中的变化，以及鲫鱼视杆和视锥系统的相互作用。另外，有人研究了Sebastisus marmoratus视网膜感受系统的适应特点以及Sebastisus marmoratus的色觉，指出它的辨色能力较弱。虽然声诱和声驱渔业在国际上已得到广泛应用，但是国内对水生动物听觉研究与视觉研究相比，相差甚远。行为学方面的工作包括对两种鳢科鱼类(Ophiocephalidae)声反应特性的研究，罗非鱼(Tilopia macrocephalas)对低频声刺激的听觉行为等。有人利用电生理方法研究了宝石鱼(Hemichromis limaculatus)气鳔的听觉功能。有些研究涉及水生动物的声信号。水生动物的发声与行为有密切关系，这方面的研究对水生生物资源的合理开发利用很有意义，有报道记录了厦门港入海处海洋生物噪声以及舟山海域的生物噪声。有人对鲮鱼的求偶声进行了初步研究。化学感觉(主要包括嗅觉和味觉)在许多水生动物的生活诸如摄食、御敌、生殖、附着、集群和洄游等方面起着主导作用。国外对水生动物化学感觉的研究大致包括行为、感受器结构、感觉神经元对信号的编码等；国内的研究开展得较迟，并且主要是形态学方面的工作。行为学方面的工作还处于初步，主要探讨水生动物的化学感觉对其摄食行为的调控作用。神经生物学在国际上已成为生物中最活跃的领域之一。在中国科学院的《1986～2000年生物学规划》里，神经生物学被列为四大优先发展领域之一。由于海洋动物作为神经生物学研究对象具有许多不能替代的优点，故海洋动物神经生物学的研究正受到越来越高的重视。开展海洋动物感觉生物学及行为调控研究的作用表现在：(1)理论方面，研究感觉生物学即研究各种感觉器官结构和功能和关系，即研究动物对外界信号(光、声、化学信号、电、磁、热等)的识别、接受、调制并产生行为反应的过程，对这些过程机制的了解为人们研制高效能的生物传感器以及发展神经计算机打下了基础；(2)应用方面，海洋动物的行为主要受各种外界信号的调控，系统研究它们的感觉生物学，对经济动物的人工增养殖、有害生物的防除及海洋渔业均具有重大意义；(3)正因为海洋动物的各种行为都受外界信号的调控，并可以通过研究加以掌握，因此，海洋动物感觉生物学及行为调控的研究方法，给所有的海洋生物学家提供了一个有益的武器。从此，海洋生物学家们可以以神经生物学家的眼光去研究海洋生物。比如，生态学家可以以神经生物学的观点去分析海洋动物种内和种间的相互关系(即信息生态学)；渔业生物学家可以利用神经生物学家的结论去预测鱼群，甚至可以对鱼群进行人工调控。(中国科学院海洋研究所陈楠生撰) |
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