电刺激诱导海七鳃鳗（Sea Lamprey）脱离行为及其振动响应分析：优化选择性防控策略的关键研究

本研究针对入侵物种海七鳃鳗（Petromyzon marinus）对五大湖生态系统的威胁，探索了脉冲直流电场（PDC）对其附着行为的干扰机制。通过测试0.7-1.9 V/cm电场强度，发现1.1 V/cm时脱离率最高达91%，振动频率分析（FFT）显示其响应与电场信号同步。研究为开发选择性电屏障提供了关键参数，可优化入侵物种管理策略。

　　

研究背景与科学问题

海七鳃鳗（Petromyzon marinus）作为入侵五大湖的寄生性鱼类，通过强吸盘附着能力突破急流障碍繁殖，导致当地渔业年损失达70亿美元。传统物理屏障会阻碍本土鱼类洄游，而电屏障因物种间电敏感性差异成为潜在解决方案。但现有电刺激参数缺乏对海七鳃鳗附着行为特异性研究，尤其对其脱离阈值和生理响应认知不足。

关键技术方法

研究团队在密歇根州Hammond Bay生物站开展实验，使用112只成年海七鳃鳗（39-55 cm，118-382 g）。通过波形发生器生成18%占空比的脉冲直流信号（1 Hz载波+6 Hz脉冲），经两级放大后施加0.7-1.9 V/cm电场。采用Tracker 6.0软件追踪鳃部10%体长位置的位移，结合FFT分析振动频谱。

研究结果

脱离行为特征

1.1 V/cm电场实现最高脱离率（91%），其他强度均超70%。脱离时间呈双峰分布：63%个体在3秒内快速脱离，但0.7 V/cm时21%个体延迟超过10秒。性别与体型（χ²<6.04，P>0.05）对脱离无显著影响。

振动响应机制

FFT分析显示未脱离个体产生1/4/5 Hz特征振动，与电场6 Hz脉冲不同步。1.9 V/cm时振动幅度最大（归一化振幅0.15），但脱离率反降至71.4%，提示强电场可能触发吸盘压力增强（-70 kPa）的反抗机制。

讨论与意义

该研究首次量化了海七鳃鳗电刺激脱离阈值，1.1 V/cm被证实为最优参数。振动频率特征表明其神经肌肉响应极限为5 Hz，低于欧洲鳗鲡（Anguilla anguilla）的致瘫阈值（15 Hz）。研究成果可直接应用于两大技术开发：

1. 1.

   结合碳基叉指电极（IDE）的实时检测系统，实现附着行为的自动化识别；

2. 2.

   优化现有电屏障频率（如采用4 Hz脉冲），在保证选择性的同时避免本土鱼类损伤。

论文发表于《Transactions of the American Fisheries Society》，为五大湖渔业委员会（GLFC）的入侵物种防控提供了关键理论支撑。后续研究需验证高频电场（>30 Hz）的生理损伤风险，并开发便携式电刺激装置用于野外部署。