通过尿液标记的生理与行为解码犬类化学通讯机制

《Scientific Reports》：Decoding dog communication through the physiology and behavior of urine marking

本研究针对犬类化学通讯机制尚不明确的现状，通过分析雄性家犬对不同情绪性尿液气味（发情期雌性与攻击性雄性）的标记行为差异及其尿液中的激素（皮质醇、睾酮、催产素）与神经递质（去甲肾上腺素、多巴胺）水平，揭示了标记距离与应激反应、认知灵活性之间的内在联系。结果表明，远程标记（>2米）与较高的皮质醇、去甲肾上腺素及多巴胺水平相关，提示其可能是一种规避潜在威胁的适应性通讯策略。该研究为理解犬类社会行为提供了重要的生理学依据。

　　

在犬类的世界里，嗅觉占据着无可替代的主导地位。它们通过尿液、粪便以及各种腺体分泌物中的化学信号——信息素（Pheromones），来传递关于个体性别、生殖状态和情绪状态的关键信息。这种间接的通讯方式具有显著优势：它允许个体在无需直接接触的情况下评估同类，从而决定是否以及如何接近，有助于避免潜在的危险冲突。同时，化学通讯在建立和维持社会关系、辅助求偶、识别配偶以及保卫资源（如领地和配偶）方面也扮演着核心角色。尽管嗅觉对于犬类如此重要，且尿液标记是其关键的行为模式，但科学界关于这一主题的深入研究却相对匮乏。特别是，情绪状态如何影响犬类的标记行为以及标记物自身的化学组成，而这些变化又如何被同类感知并引发相应的生理和行为反应，其背后的机制仍有待阐明。

为了填补这一知识空白，由Marcello Siniscalchi教授领导的研究团队在《Scientific Reports》上发表了题为“Decoding dog communication through the physiology and behavior of urine marking”的研究论文。该研究旨在深入探究雄性家犬在面对不同情绪含义的同类尿液气味时，其标记行为（如嗅闻时的面部表情、标记点与气味源的距离等）和生理反应（尿液中的皮质醇（Cortisol）、催产素（Oxytocin）、肾上腺素（Epinephrine）、睾酮（Testosterone）、去甲肾上腺素（Norepinephrine, NE）和多巴胺（Dopamine, DA）浓度）会发生怎样的变化。研究人员特别选择了两种预期能引发不同 arousal（唤醒）水平的刺激物：其一是来自陌生发情期雌性的尿液，预计会因性兴趣而提高雄性犬的唤醒水平；其二是来自表现出对同类雄性有明显攻击行为的陌生完整雄性的尿液，预计会被受试犬视为潜在威胁而引发其唤醒水平。

本研究采用了严谨的实验设计。研究人员招募了11只健康的成年雄性家犬作为受试者。实验在一个专用围栏区域进行。刺激物为浸有上述两种尿液的棉签。每只狗接受两次测试，间隔一周，每次只接触一种气味（雄性尿或雌性尿），顺序随机。实验过程中，狗被允许自由嗅闻棉签并随后进行尿液标记。研究人员详细记录了狗在嗅闻时的面部表情（如“专注”、“恐惧”、“攻击性”等），并精确测量了标记点与气味源棉签的距离（重点关注“近距离/中距离标记”与“远程标记”，即距离大于2米）。关键的是，研究不仅收集了狗在标记时排出的尿液（“标记样本”），还在测试前于熟悉环境中收集了它们的尿液作为“基线样本”。随后，使用酶联免疫吸附测定法（ELISA）检测了尿液样本中的皮质醇、催产素和睾酮浓度，并采用高效液相色谱电化学检测法（HPLC-ECD）检测了去甲肾上腺素、肾上腺素和多巴胺的浓度。

研究结果

尿液皮质醇水平

分析显示，“远程标记”对狗尿液中的皮质醇水平有显著影响。总体而言，当尿液沉积在距离棉签2米以外时，皮质醇水平显著高于其他类型的标记。此外，“远程标记”与“测试顺序”之间存在交互作用，表明这种差异在第二次呈现气味刺激时更为明显。这表明远程标记行为与狗较高的应激反应性相关，尤其是在第二次实验（可能基于第一次经验产生预期）中。

尿液催产素水平

总体尿液催产素水平在第二次呈现气味刺激时高于第一次。进一步分析发现，这种差异在比较远程标记与近距离/中距离标记时尤为突出。催产素作为一种与应激和社会行为密切相关的激素，其水平的升高可能与狗在第二次测试中为适应（预期到的）刺激而进行的生理调节有关。

尿液睾酮水平

分析揭示了刺激物类型与测试顺序之间存在显著的交互作用。当雄性尿液气味首先呈现时，总体睾酮水平较高；而当雌性尿液气味首先呈现时，则呈现相反的模式。此外，在第二次实验期间，表现出远程标记的狗其总体睾酮水平高于其他标记行为的狗。特别值得注意的是，在呈现雌性尿液气味的测试中，表现出远程标记的狗其标记样本中的睾酮水平更高，并且该水平与嗅闻雌性气味时的“攻击性”面部表情呈正相关。这可能与资源（发情雌性）守护相关的攻击性行为有关。

尿液去甲肾上腺素水平

GLMM分析显示，测试顺序对总体去甲肾上腺素水平有显著影响，第二次测试中的水平高于第一次。同时，“条件”（基线 vs. 标记）也有显著效应，标记样本中的去甲肾上腺素水平高于基线样本。这种差异在第二次测试中尤其明显。最重要的是，总体去甲肾上腺素水平在远程标记情况下显著高于其他标记类型，并且远程标记样本中的去甲肾上腺素水平相较于基线值有显著增加。去甲肾上腺素是参与认知过程，特别是注意力和行为灵活性的关键神经递质。

尿液多巴胺水平

分析发现了一个显著的“远程标记”效应，表明远程标记情况下的总体多巴胺尿水平更高。同时，存在显著的“刺激物”效应，在呈现攻击性雄性狗气味期间，狗的总体多巴胺水平更高。进一步分析显示，这种刺激物效应在远程标记情况下尤为显著。多巴胺同样在动机、奖赏和认知灵活性中扮演核心角色。

生理参数与行为测量的相关性

行为与生理数据的关联分析提供了更深入的见解。基线催产素水平与嗅闻雌性气味时的“专注”面部表情呈负相关。基线肾上腺素水平与嗅闻雄性气味时的“专注”表情也呈负相关。更重要的是，在嗅闻攻击性雄性狗尿液时，标记样本中的皮质醇和催产素水平与“恐惧”面部表情呈正相关，而与“专注”表情呈负相关。这进一步支持了狗在面对潜在威胁气味时，其生理应激反应（皮质醇、催产素升高）与恐惧行为表现的一致性。

研究结论与意义

本研究通过整合行为观察和生理生化测量，首次系统地揭示了雄性犬尿液标记行为与内在神经内分泌状态之间的复杂联系。结果表明，犬类的标记行为并非简单的反射，而是受到认知和情绪状态调节的复杂行为策略。

研究发现，当狗面对可能代表潜在威胁的气味（如攻击性同类的尿液）时，倾向于进行“远程标记”，并且这种行为伴随着较高的皮质醇（应激标志物）、去甲肾上腺素和多巴胺（与认知灵活性和动机显著性相关）水平。研究人员提出一个有趣的假设：狗在距离潜在威胁源较远处进行标记，可能是一种实施更灵活行为策略的表现，这种策略具有明确的通讯功能。远程标记可能向气味源个体传递了回避信号，表明标记者不希望与之发生直接互动，从而请求保持“社交距离”。这为避免冲突提供了一种间接而有效的化学通讯方式。

另一方面，面对发情雌性气味时的远程标记及较高的睾酮水平，则可能与性竞争和资源守护策略相关，反映了在繁殖机会面前的行为决策。

值得注意的是，在所研究的分子中，去甲肾上腺素是唯一一个在嗅闻刺激物与进行尿液标记的短时间间隔内发生显著变化的分子。这表明它可能在调节对气味的短期行为反应和不同类型标记中扮演关键神经递质的角色。

综上所述，这项研究提供了令人信服的证据，表明犬类尿液标记行为中的差异（如标记距离）反映了其不同的内在生理状态和认知策略。这些发现不仅深化了我们对犬类社会行为和化学通讯的理解，也为解读犬类情绪状态和 welfare（动物福利）提供了新的潜在生物标志物。未来的研究可以进一步验证不同标记行为是否能预测个体间的实际相遇结果，并探索这些发现在犬类行为管理、人犬关系优化以及工作犬（如警犬、搜救犬）压力评估中的应用潜力。