瘙痒,这一日常生活中常见的感官体验,其实远比我们想象的要复杂。它虽不如疼痛那般剧烈,却足以驱使我们做出“非挠不可”的举动。人类如此,动物亦然。然而,对于那些在水中悠游的鱼类,它们没有爪子,又是如何应对瘙痒的呢?
科学家为了探究这一谜团,设计了一系列实验。瘙痒感通常是由外界刺激物或内部信号,如炎症因子,引发的。在这个过程中,TRPA1(瞬态受体电位锚蛋白1)起到了关键作用。这是一种离子通道蛋白,分布于感知神经元的末梢,能够感知化学和物理刺激,参与疼痛和瘙痒的感知,同时还对温度变化和某些刺激性化学物质作出反应。
在2017年,美国华盛顿大学的一支科学团队,由阿贾伊·德干领导,选择了斑马鱼和小鼠作为研究模型,来探究瘙痒的机制。他们筛选出了几种哺乳动物中常用的瘙痒诱导物质,其中就包括咪喹莫特。咪喹莫特是一种TLR7的人工激动剂,它被设计用于治疗病毒感染和皮肤癌,但过度激活可能引发局部炎症,导致瘙痒、刺痛等不适感。
研究团队将咪喹莫特等化学物质溶解在特定介质中,应用于三天大的斑马鱼幼体。实验结果显示,咪喹莫特能够显著激活斑马鱼三叉神经节中的神经元,使小鱼表现出一种特殊的行为——频繁地用嘴部摩擦鱼缸壁,仿佛是在“挠痒”。研究者还发现,当用基因编辑技术关闭斑马鱼体内的TRPA1通道后,这些小鱼在面对咪喹莫特时,完全停止了摩擦行为。
IMQ引起成年斑马鱼表现出瘙痒行为
进一步的研究表明,痒和痛实际上共享一部分神经通路,但通过不同的神经元分支和激活阈值,它们实现了“分工协作”。痒感受器对低强度刺激作出反应,专注于小范围的威胁,而痛感受器则对高强度刺激作出反应,处理更紧急的情况。这种“双轨制”机制帮助生物区分了刺激的轻重缓急,从而选择更合适的行为。
然而,对于鱼类来说,面对瘙痒,它们没有手来挠。那么,它们是如何应对的呢?澳大利亚西澳大学的克里斯托弗·汤普森博士和他的研究团队,通过七年的研究,在全球三大洋中的36个地点,详细观察了261种海洋动物的行为。他们发现,一些鱼类会主动磨蹭鲨鱼来清除身体表面的寄生虫,这是一种造成鱼类瘙痒的主要因素。
一条黄鳍金枪鱼在蹭大青鲨
研究团队记录了6166段海底视频,发现黄鳍金枪鱼、南方蓝鳍金枪鱼以及虹鳟鱼会利用鲨鱼的粗糙皮肤来磨蹭,以清除寄生虫。这种行为在视频中表现得十分明显:鱼类首先接近鲨鱼,等待尾鳍摆动到合适的位置,然后迅速擦过去。鲨鱼皮肤的独特结构(皮齿)使其表面粗糙,非常适合磨蹭,而鱼类尤其偏好刮擦头部、眼睛和鳃盖这些寄生虫最容易附着的部位。
大白鲨的皮
这项研究不仅揭示了瘙痒感的一个重要机制,还提出了一个有趣的假说:瘙痒可能是痛觉通路的“进化副产物”,帮助动物应对低强度的有害刺激。而对于鱼类来说,利用鲨鱼的粗糙皮肤来磨蹭,则是它们应对瘙痒的一种巧妙方式,这种简单但高效的机制,可能在脊椎动物中已经被保留下来。
大洋性鱼类表现出显著的刮擦行为