所有動物都需要調節(jié)體溫，如果體溫過高或過低，就無法長期生存。像人類這樣的溫血生物有多種方法可以做到這一點。它們通過出汗或擴張皮膚血管來釋放熱量，而顫抖或燃燒棕色脂肪組織中的脂肪則會產生相反的效果。相比之下，斑馬魚等冷血動物則無法做到這些，因此它們有不同的策略。他們會尋找附近處于舒適溫度的地方，就像我們感到寒冷時會出去曬太陽，或者天氣太熱時會尋找陰涼處一樣。
所有動物都需要調節(jié)體溫，如果體溫過高或過低，就無法長期生存。像人類這樣的溫血生物有多種方法可以做到這一點。它們通過出汗或擴張皮膚血管來釋放熱量，而顫抖或燃燒棕色脂肪組織中的脂肪則會產生相反的效果。
相比之下，斑馬魚等冷血動物則無法做到這些，因此它們有不同的策略。他們會尋找附近處于“舒適溫度”的地方，就像我們感到寒冷時會出去曬太陽，或者天氣太熱時會尋找陰涼處一樣。“我們認為冷血生物使用與人類相似的大腦機制來尋找適合它們的理想溫度條件，并幫助它們知道要去哪里，”該大學第二生理研究所的 Ilona Grunwald Kadow 教授解釋道波恩和波恩大學醫(yī)院。
觀察到魚幼蟲“思考”
斑馬魚非常適合測試這個想法，因為它的幼蟲是透明的。這使得科學家能夠在實驗室執(zhí)行某些任務時觀察他們的大腦內部——而這些研究人員正是這樣做的。波恩大學醫(yī)院的格倫瓦爾德·卡多(Grunwald Kadow)解釋說：“這些動物經過基因改造，使其神經細胞產生染料。”他也是波恩大學“生命與健康”跨學科研究領域的成員。“這使得它們的神經元在活躍時亮起，使我們能夠在顯微鏡下看到它們大腦的哪些區(qū)域在那個特定時刻正在工作。”
在實驗中，研究人員在動物周圍澆上水，并讓水變熱或變冷。“然后我們觀察他們的反應，”維吉尼亞·帕列里解釋道。在慕尼黑工業(yè)大學攻讀博士學位時，她研究了冷血動物和人類等溫血動物調節(jié)體溫的機制之間的相似程度。“這告訴我們，魚更喜歡25.3攝氏度的溫度。一旦天氣變冷或變暖零點幾度，他們就開始尋找更舒適的環(huán)境。”
“衛(wèi)星導航”增加了快速找到理想生活條件的機會
在這個過程中，他們大腦的兩個部分被激活，即下丘腦的視前區(qū)(POA)和背側韁核。POA 似乎主要負責檢測與魚的理想溫度的偏差。“當我們關閉動物的 POA 后，它們就停止了搜索，即使水溫遠低于它們感到舒適的溫度，”Palieri 說。有趣的是，像我們這樣的哺乳動物也有 POA。“大腦的這個區(qū)域同樣負責調節(jié)溫度，即使在這些高度發(fā)達的生物體中也是如此，”格倫瓦爾德·卡多解釋道。“然而，在它們身上，它主要負責出汗或發(fā)抖等自動動作，而行為則不那么重要。” 然而，研究表明，大腦的“恒溫器”非常古老，這意味著它在進化過程的早期就已經發(fā)展起來。
就其本身而言，韁核顯然起到了一種“衛(wèi)星導航”的作用，向魚展示它可以找到舒適溫度的位置，并引導它直接回到那里。慕尼黑工業(yè)大學神經科學研究所教授、卓越集群研究員魯本·波圖格斯 (Ruben Portugues) 教授補充道：“借助導航系統(tǒng)，動物可以非常高效地找到路線，并快速返回溫度最佳的地點。” SyNergy”，他與 Ilona Grunwald Kadow 一起領導了這項研究。
使韁核區(qū)域失活會剝奪魚的尋路能力，并迫使它采取與細菌和其他單細胞生物類似的不同搜索策略：它沿直線游動一段時間，然后檢查溫度是否已下降。變成了自己喜歡的樣子。如果是，則朝同一方向繼續(xù);如果沒有，它會隨機選擇一個不同的方向并再次游走，重復這個過程，直到找到溫度更合適的地方。
盡管我們對斑馬魚導航系統(tǒng)的具體工作原理仍然知之甚少，但據(jù)信它涉及特殊的“羅盤細胞”。韁核可能會存儲其位置，使其能夠重建運動序列。“我們現(xiàn)在想要更仔細地檢驗這個假設，”葡萄牙教授說。同樣有趣的是，這個導航系統(tǒng)顯然不僅僅用于尋找溫度合適的地方。它還有助于重新定位具有良好鹽度、pH 值或魚類生存所需的類似條件或資源的區(qū)域。
這顯示了大腦的效率有多高：一旦它找到了某個問題的解決方案，它就會很樂意將其用于其他類似的任務。這不僅適用于個別物種，因為這些解決方案在進化過程中得到了保留和改進。
