斑马鱼的集体行为

今天的大部分鱼类都表现出集体行为，至少在它们生命的某些阶段是这样。这是指由于社会原因，大量的个体彼此保持很近的距离，或者一起向同一个方向游去。这些行为的潜在好处有很多，从简化寻找伴侣到为个体提供更好的保护，使其免受捕食，以及更有效地寻找食物。

斑马鱼也以这些集体行为形式而闻名。该物种长期以来一直被用作遗传、进化生物学和神经生物学研究的模式生物。爱博网投领导者然而，直到现在，人们还从未系统地研究过斑马鱼何时开始表现出这种集体行为，哪些基因在这一过程中起作用，以及鱼利用哪些感官信息来实现这一目的。

“尤其是对像我这样的神经科学家来说，这些问题很重要。由于斑马鱼幼体的身体和大脑几乎是完全透明的，我的团队可以使用高分辨率、非侵入性的显微镜技术来实时观察神经细胞对不同刺激的反应，以及斑马鱼的行为是如何响应这些刺激而变化的。由于斑马鱼幼体大脑的线路没有成年动物那么复杂，这些技术使我们能够高精度地研究集体行为的神经基础，”Armin Bahl解释了斑马鱼幼体在他的研究中的优势。自去年9月以来，Armin Bahl在康斯坦茨领导着Emmy Noether研究团队“神经回路计算和行为”。今年夏天，他获得了康斯坦茨大学动物学/神经生物学教授的职位。爱博网投领导者

即使是斑马鱼的幼虫也会相互反应

因此，研究小组检查了斑马鱼在不同发育阶段(卵子受精后7天和21天)的群体行为。研究人员表明，即使是7天大的幼虫也会对同伴做出反应，将它们的运动方向定位在同一个方向，同时积极避免与其他幼虫靠近。21天大的斑马鱼甚至更加强烈地将它们的运动方向导向与同伴相同的方向，但是，在这个阶段，动物们不会避开彼此，而是寻求彼此靠近，就像在群体编队中一样。

基于本研究中进一步的行为实验以及现有的知识，研究人员怀疑斑马鱼幼虫的行为是基于两种相对简单的行为反应:幼虫大脑中的一个系统测量周围物体的一般数量，而第二个系统分析运动刺激。“这两种行为反应都是视觉运动反射。这意味着，在动物中，某种类型的视觉信息会以运动的形式引起一组行为反应，”Armin Bahl说。

为了验证他们的假设，研究人员使用计算机模型来模拟一小群鱼的运动。该模型仅使用两种陈述的视觉运动反射作为“决策规则”来确定单个虚拟鱼的行为。“模拟鱼群的行为与真正的斑马鱼幼虫完全一样。这清楚地表明，动物的集体行为确实可以用这些相对简单的行为反应来解释，”Armin Bahl说。

目标突变改变了幼虫的群体行为

为了找出个体基因组成在斑马鱼群体行为中所起的作用，研究人员使用CRISPR-Cas9技术编辑个体幼虫中的特定基因。通过这样做，他们能够证明基因的突变scn1lab和disc1改变了突变动物对视觉刺激的个体行为反应，从而改变了整个群体的行为。这些基因突变分别与儿童特定形式的癫痫和自闭症或精神分裂症有关。斑马鱼的幼虫scn1lab与没有突变的同龄人相比，突变的人与他人保持着更大的距离。相比之下，斑马鱼的幼虫disc1突变型比野生型更紧密地联系在一起。

和以前一样，变异动物的行为可以通过计算机模型来模拟和复制。“我们使用现代遗传技术和斑马鱼行为实验，结合计算机模拟的方法，为我们提供了独特的机会，专门影响社会行为，然后测试动物集体行为的模型。有了各种分子遗传学和显微镜工具，我们已经存在于斑马鱼身上，我们目前正在康斯坦茨建立，我们很快就能详细分析这种迷人行为的神经基础。”