两种不同通讯方式的Synodontis鲶鱼行为偏好与钙结合蛋白表达的变异研究

这篇研究通过比较两种近缘鲶鱼（电信号通讯的Synodontis nigriventris和声音通讯的S. grandiops）的行为偏好和神经解剖学特征，揭示了感觉系统适应不同通讯方式的神经机制。研究发现电通讯物种在电感觉中枢（TSl）表现出更强的前结节核（AT）投射和钙结合蛋白（CBP）表达模式，为感觉系统进化提供了新的见解。

　　

动物通讯方式与神经适应的典范研究

引言

动物采用多样化的感觉模态进行社会通讯，而感觉系统往往表现出与特定信号系统相关的适应性改变。Synodontis鲶鱼为研究这种适应性提供了理想模型：该属物种普遍使用声音信号进行社会通讯，但部分物种进化出了电信号通讯能力。本研究选取声音通讯的Synodontis grandiops（SG）和电通讯的S. nigriventris（SN），探究其行为偏好差异及相关的神经解剖学特征。

材料与方法

实验动物饲养于标准化环境，进行了四组行为学测试：无感觉剥夺实验、嗅觉/电信号剥夺实验、听觉回放实验和电信号回放实验。采用DeepLabCut进行行为轨迹分析。神经解剖学方面，通过体外神经示踪技术研究了半圆丘（TS）的神经连接，并利用免疫组化检测了三种钙结合蛋白（calretinin、calbindin和parvalbumin）在TS的表达模式。

行为偏好测试

在无感觉剥夺条件下，两种鲶鱼都表现出对同种个体的显著偏好（SG：0.632±0.048；SN：0.707±0.057）。当剥夺嗅觉和电信号后，这种偏好消失甚至出现回避行为。特别值得注意的是，SN在电信号回放实验中表现出对同种电信号的显著偏好（0.675±0.046），而SG对两种电刺激均无偏好。这一结果首次证实了SN能够利用电信号进行种间识别。

神经解剖学特征

体积测量显示，两种鲶鱼的听觉处理区（TSc）均显著大于电感觉区（TSl），但两物种间无显著差异。DAPI染色强度分析表明TSl区域的细胞密度或细胞体积普遍较大，这可能反映了电感觉处理的高速需求。神经示踪实验揭示了SN特有的神经连接特征：其TSl与前结节核（AT）的连接更强，而SG中这种连接较弱。AT作为社会行为网络的关键节点，这种增强的连接可能有助于电通讯信号的处理。

钙结合蛋白表达谱

免疫组化结果显示三种钙结合蛋白在TS的分布具有明显区域特异性：calbindin阳性细胞主要分布在TSc，而calretinin和parvalbumin阳性细胞则在TSl更丰富。特别值得注意的是，SN的TSl中钙结合蛋白阳性细胞密度显著高于SG（4.475±0.473 vs 3.614±0.560），这种差异主要由parvalbumin表达增加所驱动。这些发现表明不同钙结合蛋白可能在感觉处理中发挥不同作用：calretinin和parvalbumin可能更参与电感觉处理，而calbindin则更多涉及听觉处理。

讨论与结论

本研究首次系统比较了采用不同通讯方式的近缘鲶鱼的神经适应性改变。虽然未发现TS体积的显著差异，但揭示了SN特有的神经连接模式和钙结合蛋白表达特征。这些发现表明，从声音通讯到电通讯的进化转变可能伴随着：1）感觉区域间连接的强化；2）神经化学特征的改变。这些适应性改变可能共同促进了社会信号的检测和处理。未来研究可进一步探究这些神经改变与电通讯行为间的因果关系，以及它们在不同发育阶段的出现规律。