抗生素是廣泛用于治療細菌感染的藥物，通過殺死微生物或阻止其生長發揮作用。據估計，抗生素藥物的全球使用量約為每年10萬至20萬噸。這些化合物中的大多數是通過人類和動物的糞便或尿液原封不動地排泄出來，在水體中被發現是污染物，破壞水生生態系統，進而對水生生物產生不利影響。考慮到自然環境中的行為決定了個體的健康、繁殖，甚至物種的生存，因此評估抗生素對水生動物，尤其是魚類的行為反應的影響是相當重要的。為此，本文測試了不同種類的抗生素對斑馬魚行為的影響，以評估抗生素引發的水環境改變是否會導致斑馬魚的行為模式發生變化。
1. 研究方法
本研究選用6-9個月的成年斑馬魚，來測量其暴露于6.25、12.5和25 mg/L濃度抗生素環境下的行為影響，實驗選用了金霉素、環丙沙星和頭孢他啶三種使用廣泛的抗生素作為代表。研究使用的斑馬魚被保存在一個自動循環系統中，將抗生素溶解在水中96小時，同時記錄和分析斑馬魚的探索行為、認知行為、社交互動和攻擊性行為。
測量內容
1.1探索行為
將斑馬魚分別置于實驗箱中，分析記錄以下行為參數：移動距離（m）、移動時間（s）、靜止時間（s），最后一個參數用來測量焦慮指標。
1.2 Y型迷宮實驗
在這項測試中，斑馬魚使用視覺線索來確定自己的方位，并從Y形迷宮中區分新舊手臂。Y迷宮測試由兩個實驗組成，以評估對新穎性和空間識別記憶的反應。Y迷宮隨機開始起始臂，魚開始探索。在第一個實驗期間，魚只能探索兩條手臂，第三條手臂閉合。在第二次實驗中，魚被放回同一個起始臂上，可以自由接觸所有三條手臂。
1.3 社交互動行為
社交互動用來測量斑馬魚的社會行為。在這個實驗中，每條魚都被放在一個裝有水的實驗池中。實驗水池的一側放置了一個空的魚缸，另一側則裝有一個大小相同的水池，里面有15條斑馬魚。實驗箱分為三個區域，“刺激區"靠近裝有斑馬魚的“刺激箱"，中間區域被視為中性，其余區域更靠近空箱。測量斑馬魚在每個區域花費的時間，以分析魚類的社交行為和對同類的偏好。測量參數為斑馬魚在每個區域花費時間的百分比，和到刺激區的平均距離（m）。使用Noldus的動物運動軌跡跟蹤系統對斑馬魚行為進行視頻記錄。
動物運動軌跡跟蹤系統(EthoVision XT) 是一款應用廣泛的視頻跟蹤軟件，可以跟蹤和分析任何動物的行為、運動軌跡和活動。系統可以提供大量參數，以幫助對實驗結果進行深入分析，包括行進距離、在某個區域花費的時間、位置、路徑形狀以及更多相關參數。結果可以通過圖表，圖形，軌跡熱像圖等多種方法進行可視化呈現。
1.4攻擊行為
攻擊行為對物種維持群體、社會等級和交配等有影響。在攻擊性測試中，每條魚被分別放在一個實驗池中，一個鏡子放置在水箱側面，與后壁成一定角度。當一條測試魚游到魚缸的左側時，它們的鏡像看起來更接近它們。將魚缸分成四個相等的部分，并允許計算每個部分花費的時間。進入最左邊的區域（1區和2區）的時間表明傾向于接近“對手"，而進入最右邊的區域（3區和4區）則表明攻擊性較小。使用EthoVision XT軟件對實驗進行記錄。
2. 結果
2.1 探索行為
研究分析了抗生素暴露96小時后斑馬魚的行為模式，結果表明，每種藥物至少有一種濃度測試會影響探索行為。所有抗生素藥物都會影響探索行為（圖1）。與對照組相比，接受25 mg/L環丙沙星、12.5 mg/L或25 mg/L頭孢他啶和12.5 mg/L金霉素的斑馬魚的游動距離更長（圖1A）。研究還通過分析在水箱頂部/底部的時間來評估焦慮樣行為。結果表明，抗生素暴露后這些參數沒有差異（圖1B）。
圖1
2.2 Y迷宮試驗
Y迷宮試驗用于研究抗生素藥物對認知的影響（圖2）。對照組表現如預期，與起始臂和其他臂相比，對照組在新臂上花費了更多時間。然而，在所有濃度的環丙沙星（圖2A）、6.25和12.5 mg/L頭孢他啶（圖2B），以及12.5 mg/L和25 mg/L金霉素（圖2C）中，結果表明斑馬魚的記憶能力受損。
圖2
2.3 社交互動
研究測量了斑馬魚在靠近其他魚類的區域內花費的時間百分比和距離。結果顯示，這些參數都沒有改變。在斑馬魚中，沒有任何抗生素引起社交互動障礙，所有接受實驗的斑馬魚對刺激區表現出相同的偏好，如刺激區的時間百分比（圖3A）和刺激區的平均距離（圖3B）所示。
圖3
2.4 攻擊行為
我們觀察到抗生素在斑馬魚的攻擊性行為中起著作用。與對照組斑馬魚相比，接受環丙沙星處理的斑馬魚在離鏡子最近的部分停留的時間更長。經過頭孢他啶處理過的產生了類似的效果（圖4C）。此外，環丙沙星和金霉素治療的動物叮咬的行為次數顯著增加（圖4D）。接受抗生素處理的動物呈現攻擊行為，而不僅僅是希望與鏡子中的圖像互動。
圖4
3. 總結
本文研究表明，斑馬魚暴露于抗生素水生環境中會引起行為的改變，環丙沙星、金霉素和頭孢他啶抗生素造成的水環境改變可能會影響斑馬魚的探索、記憶和攻擊等行為，需要加強對抗生素污染可能會導致水生動物行為影響的重視和管理。
參考文獻
Petersen, Barbara Dutra, et al. "Antibiotic drugs alter zebrafish behavior." Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology 242 (2021): 108936.
關注諾達思公眾號，獲取更多產品信息及學術文章！
