作者:Giovanni Polverino 来源:《交叉科学》 发布时间:2021/12/21 9:44:38
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机器鱼利用恐惧对抗入侵鱼类

 

入侵的霍氏食蚊鱼会啃掉淡水鱼和蝌蚪的尾巴,在享用其他鱼类和两栖动物的卵时会导致本地动物死亡。在12月17日发表于《交叉科学》的一项研究中,研究人员设计了一个机器鱼,用来吓走霍氏食蚊鱼,进而揭示了恐惧是如何改变其行为、生理和繁殖能力的,这可能有助于扭转入侵物种的蔓延趋势。

为了对抗这种入侵鱼类,由来自澳大利亚、美国和意大利的生物学家和工程师组成的国际团队,从它的天然捕食者——大嘴鲈鱼身上寻找灵感。他们精心制作了一种机器鱼,可以模仿真实捕食者的外表和动作。在计算机视觉的辅助下,当发现霍氏食蚊鱼正在接近一种澳大利亚蛙种的蝌蚪后,机器鱼就会发动攻击。这种蛙类在野外受到霍氏食蚊鱼的威胁。在恐惧和压力下,霍氏食蚊鱼表现出恐惧的行为,并且出现了体重减轻,体型改变及产卵能力下降,所有这些都损害了它们的生存和繁殖。

“霍氏食蚊鱼是世界上100种最糟糕的入侵物种之一,相对于它们的传播,目前消灭霍氏食蚊鱼的方法因为太过昂贵和耗时而难以奏效。”西澳大利亚大学的第一作者Giovanni Polverino说,“这种全球有害生物对许多水生动物都构成了严重威胁。我们提出了一种方法,可以提供更好的策略控制这种全球有害生物,而不是一个一个地杀死它们。我们让它们最可怕的噩梦变成了现实:一个机器鱼可以吓到霍氏食蚊鱼,但吓不到它周围的其他动物。”

在机器鱼出现的情况下,霍氏食蚊鱼倾向于彼此保持更近的距离,并花更多的时间停留在测试场地的中心,而不愿踏入未知的水域。它们也比那些没见过机器鱼的霍氏食蚊鱼游得更疯狂,经常急转弯。这些霍氏食蚊鱼在离开机器鱼回到自己的水池后,恐惧的影响依然持续下来。受到惊吓的鱼变得不那么活跃,吃得更多,静止的时间也更长,表现出焦虑的迹象,而这种迹象在它们与机器鱼最后一次接触后持续了数周。

对于霍氏食蚊鱼通常捕食的蝌蚪来说,机器鱼的出现是一种更好的改变。霍氏食蚊鱼是一种视觉动物,主要通过眼睛观察环境,而蝌蚪的视力较差:它们看不清机器鱼。Polverino说:“我们原以为机器鱼对蝌蚪的影响是中性的,但事实并非如此。”因为机器鱼改变了霍氏食蚊鱼的行为,蝌蚪的尾巴上不再有捕食者,因此它们更愿意在测试场地冒险。“这对蝌蚪来说是件好事。一旦摆脱了周围有霍氏食蚊鱼带来的危险,它们就不再害怕了,它们是快乐的。”

在霍氏食蚊鱼和机器鱼进行了5周的短暂接触后,研究小组发现霍氏食蚊鱼将更多的能量分配给了逃跑而不是繁殖。雄鱼的身体变瘦,呈流线型,尾巴附近的肌肉更强壮,这是为了在水中逃跑而设计的。雄鱼的精子数量更少,而雌鱼的卵子更轻,这种变化可能会危及整个物种的生存。

纽约大学的通讯作者Maurizio Porfiri说:“虽然成功阻止了霍氏食蚊鱼,但实验室制造的机器鱼还没有准备好释放到野外。”这个团队还必须克服技术上的挑战。作为第一步,他们计划在澳大利亚小而清澈的池塘中测试这种方法,那里有两种濒临灭绝的鱼类正受到霍氏食蚊鱼的威胁。

“入侵物种是世界范围内的一个巨大问题,也是生物多样性丧失的第二个原因,”Polverino说,“希望我们利用机器鱼揭示一种非常成功的有害生物弱点的方法,将为改善生物防治实践和打击入侵物种打开大门。我们对此感到非常兴奋。”(来源:中国科学报 晋楠)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103529

 
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