缺氧环境下的生存策略：鱼类如何通过味觉感知氧气？

长期以来，人们对鱼类感知环境的方式主要集中在视觉、听觉、嗅觉等方面。味觉与呼吸之间的联系鲜有研究，特别是在鱼类身上。如今，随着全球气候变化导致水体缺氧事件频发，对水生生物的生存构成严重威胁。了解鱼类如何感知和应对低氧环境，对于保护水生生态系统具有重要意义。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，一项由加拿大渥太华大学研究人员开展的最新研究发现，某些鱼类使用味蕾来测量水中的氧气含量。渥太华大学的研究团队在2024年8月将这项关于斑马鱼利用味蕾感知氧气的研究成果发表在了《当代生物学》期刊上。具体而言，斑马鱼幼体（一种属于鳉科的淡水鱼）可以利用与品尝食物相同的细胞来品尝水中的氧气水平。这些相同的细胞还充当氧气传感器，在调节鱼类对低氧条件的呼吸反应方面发挥着关键作用。味蕾细胞的这种双重功能以前是未知的，挑战了我们对水生动物感觉系统的现有理解。

斑马鱼，学名Danio rerio，是一种小型的热带淡水鱼，身体上具有多条深蓝色条纹，酷似鱼类中的“斑马”，故而得名。上图是一条斑马鱼。图源：pixabay

“我们发现了鱼类味觉和呼吸之间令人着迷的联系，”渥太华大学生物学系名誉教授史蒂夫·佩里说。“我们的研究首次提供了直接证据证明与呼吸控制相关的氧气感应细胞存在于这些动物中，令人惊讶的是，这些细胞位于它们的味蕾内。”

为了得出这些结论，研究团队采用了创新的技术，包括活鱼的细胞内钙成像。“我们观察到这些感觉细胞被低氧水平或缺氧激活，”该研究的共同作者、佩里教授实验室的博士后研究员易航凯文·潘解释道。

“当我们消融——或去除——这些细胞时，它干扰了鱼类在缺氧条件下的呼吸模式。相反，激活味蕾发出的神经刺激了呼吸。”

这一发现对理解鱼类如何适应不断变化的环境条件具有深远的影响。它表明，能够“品尝”水中的氧气水平可能是水生生物的一种关键生存机制，使它们能够快速检测和响应潜在的危险低氧情况。

上图：在转基因斑马鱼幼鱼中，氧气感知味蕾细胞被标记为红色，而从味蕾发出并投射到大脑的感觉神经则被标记为蓝色。图源：加拿大渥太华大学官网这项研究还强调了自然界中感觉系统的卓越适应****性。“这是同一生物结构可以服务于多种功能的一个典型例子，”潘指出。“在这种情况下，味蕾除了众所周知的感知味道线索的功能之外，还具有重要的呼吸功能。”

随着面临越来越多的环境挑战，包括气候变化导致的水生生态系统变化，理解鱼类如何感知和应对环境变化变得越来越重要。除了科学理解之外，这一发现可能对保护和养殖水生生物具有实际意义。

海洋与湿地·小百科
斑马鱼斑马鱼（Danio rerio）是一种小型的热带淡水鱼，因其身体上具有多条深蓝色条纹，酷似斑马而得名。它不仅是一种受欢迎的观赏鱼，更是一种重要的模式生物（模式生物往往具有生长周期短、繁殖能力强、基因组相对简单等特点，便于在实验室条件下进行研究），在生物学研究中扮演着不可或缺的角色。斑马鱼繁殖能力强、胚胎透明、基因组相对简单，易于基因操作，这些特点使得它成为研究发育生物学、神经科学、遗传学等领域的理想模型。

低氧通气反应低氧通气反应（Hypoxic ventilatory response，缩写为 HVR）是指当机体感受到氧气供应不足时，通过一系列生理调节，主动增加呼吸频率和深度，从而提高肺通气量，以增加血液中的氧含量，维持机体对氧的需求。这种反应是人体对缺氧环境的一种保护性反射，是维持机体正常生理功能的重要机制。

在生物医学研究中，低氧通气反应（HVR）是一个备受关注的领域。研究HVR不仅有助于深入了解机体对缺氧的适应机制，还可以为一些呼吸系统疾病，如慢性阻塞性肺疾病（COPD）、睡眠呼吸暂停综合征等，提供新的诊断和治疗思路。此外，HVR在高海拔生理学、运动生理学、海洋生物多样性研究（研究陆生脊椎动物对缺氧的适应）等领域也有研究价值，可以更深入地了解机体对环境变化的适应能力，为相关生物学原理、以及疾病的预防和治疗提供理论基础。

类默克尔细胞类默克尔细胞（Merkel-like cells，简称MLCs） 是一种位于味蕾基部的细胞，具有神经分泌功能，在本文中被发现具有氧气感知功能。它是一种与传统默克尔细胞在形态上相似，但在功能和来源上存在差异的细胞类型。MLCs不仅参与触觉感知，还可能涉及氧气感知、神经调控等多种生理功能。与传统的默克尔细胞相比，MLCs的来源更加多样化，功能也更为复杂。MLCs的发现，为我们深入了解感觉系统和神经系统的运作机制提供了新的视角，也为相关疾病的治疗提供了潜在的靶点。

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编译 | 王芊佳
编辑 | Sara
排版 | 绿叶

参考资料略