船艇噪声与大黄鱼幼鱼行为侧化减弱的相关性研究

《Integrative Zoology》：Boat Noise Is Associated With Reduced Behavioral Lateralization in Juvenile Large Yellow Croaker (Larimichthys crocea)

　　

大黄鱼（Larimichthys crocea）是一种濒危的沿海鱼类，其人工繁育幼鱼的放流后表现可能影响增殖放流的成效。人为水下噪声在近岸栖息地日益普遍，但其是否影响该物种的认知相关行为表型尚不清楚。研究人员采用T迷宫绕行测试在两个独立年度队列中量化了大黄鱼幼鱼的转向偏好，并考察了船艇噪声暴露是否与侧化表达和行为表现的变化相关。在安静条件下，约三分之一的鱼表现出可检测的转向偏好，被归类为侧化个体。这些侧化个体在测试中比非侧化个体具有更高的游泳速度和更短的反应时间。当相同个体在船艇噪声暴露后重新测试时，侧化程度向零值偏移，行为表现下降，且在暴露前侧化的鱼中变化更大。在2024年队列中，在当前呼吸测量条件下，噪声暴露组鱼的个体和体重特异性耗氧率均高于安静对照组，表明代谢需求升高。在2025年队列中，噪声暴露伴随着较低的肠道微生物多样性、改变的群落组成以及较高的肠道短链脂肪酸（SCFA）浓度。几种微生物类群和SCFA与侧化强度、游泳速度和反应时间存在共变关系，尽管这些关系属于探索性发现。综上所述，这些发现与船艇噪声暴露与行为侧化表达减弱、行为表现变差以及大黄鱼幼鱼伴随的代谢和肠道相关变化相关的假说一致。

研究背景、现存问题与研究目的

大黄鱼（Larimichthys crocea）是一种具有重要商业价值且被世界自然保护联盟（IUCN）列为极危（Critically Endangered）的沿海鱼类。人类活动，尤其是船舶交通，已成为许多沿海声学环境中最持久的人为噪声源之一。已有证据表明，船舶噪声会掩蔽重要的生物声学信号、损害通讯、扰乱导航并改变鱼类等水生动物的捕食者-猎物互动。行为侧化（behavioral lateralization）是一个与大脑不对称性及感觉处理、决策和运动输出协调相关的认知性状，在鱼类中常表现为绕行或转向任务中的偏向性。然而，大黄鱼的行为侧化尚未被表征，其在人为噪声下的表达情况仍是未知。因此，本研究旨在探究大黄鱼幼鱼是否存在行为侧化，以及短期船艇噪声暴露是否与其侧化表达和行为表现的变化相关联，并考察这些行为变化是否与耗氧率、肠道微生物群和短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFA）的改变相一致。

主要关键技术方法

1. 1.
   行为侧化测定：采用T迷宫绕行测试（T-maze detour test），对来自两个独立年度队列（2024年浙江舟山和2025年江苏如东）的大黄鱼幼鱼进行转向偏好评估。每尾鱼先在安静条件下完成10次试验以建立基线转向偏好，随后暴露于船艇噪声后再次测试。转向偏好通过相对侧化指数（relative lateralization index, L_R）量化。
2. 2.
   船艇噪声暴露：噪声刺激源自浙江省枸杞岛养殖区的木质渔船（22马力舷外发动机）录音。播放信号的平均均方根声压级（root-mean-square sound pressure level）为106 ± 9.1 dB re 1 μPa，峰值声压级为130 dB re 1 μPa。暴露方案为10分钟内随机播放6次，每次持续20-40秒。
3. 3.
   耗氧代谢测量：在2024年队列中，使用四通道间歇式呼吸测量系统（intermittent respirometry system）测量耗氧率（oxygen consumption rate, MO₂）。40尾鱼被分为安静对照组和噪声暴露组。
4. 4.
   肠道微生物群与短链脂肪酸分析：在2025年队列中，对20尾鱼（按侧化状态和噪声暴露前后分为四个亚组，每组5尾）进行肠道内容物采样。使用十六烷基三甲基溴化铵法提取微生物DNA，扩增细菌16S rRNA基因的V3-V4区域并在Illumina NextSeq 2000平台测序。短链脂肪酸（包括乙酸、丙酸、丁酸等）使用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）定量。

研究结果

3.1 安静条件下的行为侧化

在2024年队列中，50尾鱼中有17尾（34.0%）被归类为行为侧化，其中左偏个体占30.0%，右偏个体占4.0%。在2025年队列中，50尾鱼中有18尾（36.0%）为侧化，其中左偏占28.0%，右偏占8.0%。这表明约三分之一的个体在测试条件下表现出可检测的转向偏好。在安静条件下，侧化个体的游泳速度显著高于非侧化个体，反应时间显著短于非侧化个体。

3.2 船艇噪声暴露相关的行为侧化变化

船艇噪声暴露后，行为侧化的表达减弱。最初被归类为非侧化的鱼在噪声后的L_R值仍集中在零附近。而侧化鱼在噪声暴露后，其L_R值幅度明显减小，向零值偏移。同时，噪声暴露与游泳速度减慢和反应时间延长相关，尤其在侧化个体中变化更为显著：侧化鱼的游泳速度从0.18 ± 0.03 m/s降至0.11 ± 0.02 m/s，反应时间从4.02 ± 0.60 s增至7.58 ± 0.39 s。

3.3 船艇噪声暴露相关的耗氧量变化

噪声暴露组的个体耗氧率（3.23 ± 0.91 mg/ind/h）和体重特异性耗氧率（0.33 ± 0.08 mg/g/h）均显著高于对照组（分别为2.01 ± 0.46 mg/ind/h和0.20 ± 0.04 mg/g/h），表明噪声暴露与代谢需求升高相关。

3.4 噪声暴露前后亚组间肠道微生物群和短链脂肪酸的差异

噪声暴露后，无论非侧化鱼还是侧化鱼，其肠道微生物α多样性（Shannon指数降低，Simpson指数升高）均降低。基于Bray-Curtis相异性的主坐标分析显示，噪声暴露后微生物群落结构与暴露前分离，ANOSIM检验支持这一差异。在门水平，变形菌门（Proteobacteria）在暴露前占优势，而厚壁菌门（Firmicutes）在暴露后成为优势门。在属水平，弧菌属（Vibrio）和不动杆菌属（Acinetobacter）在暴露前占优势，而梭菌属（Clostridium）在暴露后相对丰度显著增加。噪声暴露还与肠道短链脂肪酸浓度升高相关，包括乙酸、丙酸、己酸和总短链脂肪酸。探索性相关性分析表明，绝对侧化强度（|L_R|）和游泳速度与双歧杆菌属（Bifidobacterium）、肠球菌属（Enterococcus）、芽孢杆菌属（Bacillus）和巨球型菌属（Megasphaera）呈负相关，而反应时间与这些属呈正相关。总短链脂肪酸浓度与|L_R|和游泳速度呈负相关，与反应时间呈正相关。多变量曼特尔检验（Mantel test）显示，肠道微生物群落相异性与包含行为变量和短链脂肪酸的综合宿主性状相异性矩阵之间存在显著关联。

讨论总结与结论翻译

讨论部分指出，这是首次对大黄鱼幼鱼行为侧化的表征。在安静条件下，约三分之一的个体表现出可检测的转向偏好，且侧化个体具有更好的行为表现（更高游泳速度和更短反应时间），这与半球特化可提高信息处理效率的观点一致。船艇噪声暴露与侧化表达减弱和行为表现下降相关，尤其对原本侧化的个体影响更大，这可能是因为噪声干扰了感觉处理、注意力和运动输出的整合。噪声暴露还伴随着耗氧率升高，支持了噪声作为一种急性生理应激源的假设。此外，噪声暴露后肠道微生物多样性和群落结构发生改变，短链脂肪酸浓度升高，这些变化与行为表型存在共变关系，表明噪声可能引发多层面的生物学响应。研究结论部分可翻译为：总之，这些发现与船艇噪声暴露与大黄鱼幼鱼行为侧化表达减弱、行为表现变差以及伴随的代谢和肠道相关变化相关的假说一致。 研究强调了在增殖放流背景下考虑船舶噪声影响的必要性，因为行为侧化减弱可能损害幼鱼在释放后的快速决策能力和生存表现。同时，肠道微生物和短链脂肪酸作为潜在的非致死性指标值得进一步验证。