斑馬魚
基本信息
分布區(qū)域
印度北部到尼泊爾,巴基斯坦、孟加拉、緬甸和不丹的河流
科學(xué)分類
主要特征
斑馬魚平均體長為25mm,身體扁平呈紡錘形,頭小而稍尖,眼睛位于中央,下顎細長且突出,使嘴朝上,吻較短,身軀玲瓏而纖細。 雄性會有魚雷形狀的身體,在斑馬條紋之間有虛幻的金色條紋,臀鰭前還有一個突出的 生殖器乳頭。而雌性的斑馬條紋之間則是銀色的,它們的身體更圓,更豐滿。 斑馬魚性情溫順,活潑好動,既耐寒又耐熱,可在6.7~41.7℃之間水中生活,并且對水質(zhì)、餌料不挑剔,各種魚蟲及人工飼料均可投喂。 斑馬魚被廣泛應(yīng)用于實驗室中,是一種重要脊椎類模式生物。作為成本低廉但與人的基因相似度卻達到87%的動物,比常用于實驗的小白鼠和細胞模型更有優(yōu)勢。此外,斑馬魚的胚胎透明,而且數(shù)量很多,可同時進行幾百個樣品的試驗,也便于研究者 觀察。 同時,斑馬魚色彩鮮艷,飼養(yǎng)條件簡單,是一種典型的熱帶水觀賞魚類。
形態(tài)特征 由于斑馬魚頭部稍尖,身體細小呈金黃色,從鰓到尾巴有獨特的藍紫色水平線,看起來類似于斑馬條紋,故得名斑馬魚。 它們有幾個明顯的特征,包括一條完整的側(cè)線,兩對橫條,以及沿身體兩側(cè)的幾條(通常為5~7條)縱向條紋。性別差異很小,雄性比雌性有更深的顏色和更大的臀鰭。
斑馬魚的平均體長可達25mm,有記錄的最大魚體長可達64mm,具有紡錘形的扁平身體。 其背部為橄欖色,體側(cè)從頭至尾布滿多條藍色條紋,雄魚為深藍間檸檬色條紋,雌魚為藍色間銀灰色條紋。它們臀鰭寬大,與背鰭相對應(yīng),胸鰭較小。 下顎細長且突出,使嘴朝上,并且依靠鰓耙來分解食物。
斑馬魚的雌雄不難區(qū)分:雄斑馬魚魚體修長,鰭大,體色偏黃,臀鰭呈棕黃色,條紋顯著;雌魚魚體較肥大,體色較淡,偏藍,臀鰭呈淡黃色,懷卵期魚腹膨大明顯。 斑馬魚的品種約有27種,主要區(qū)別在條紋和色彩上,也有鰭形上的變化。
斑馬魚的顏色模式由三種類型的色素細胞組成,即深藍色的黑色素細胞、金黃色的黃色素細胞和虹彩樣的虹彩細胞。在發(fā)育過程中,兩條條紋首先居中形成,隨后在上下按順序長出條紋,與許多硬骨魚一樣,黑色素載體可以對刺激做出反應(yīng)而集中 或分散;這似乎既是為了偽裝,也是為了對光線強度做出反應(yīng)而聚集和分散,以及發(fā)出信號。雄性和雌性的顏色相似,盡管雄性往往有更大的肛鰭和更多的黃色。如果不解剖,就不能可靠地區(qū)分幼蟲的性別,雖然懷孕的雌性有更圓的身體形狀,但最可靠的判斷特征是在肛鰭起始處前面有一個小的生殖器乳頭。
分布棲息
分布范圍
棲息環(huán)境 斑馬魚主要棲息在水流較緩慢的溪流、池塘、河流中。它們喜歡在上層水域活動覓食,也常在淤泥和植被茂密的流動水域活動,且在靠近稻田的地方能發(fā)現(xiàn)更多的斑馬魚。 大多數(shù)斑馬魚所處的水域較為清澈,少部分生活在較渾濁的水中。 斑馬魚的生存溫度范圍是6.7~41.7℃,一般認為28.5℃是斑馬魚生長繁殖的最適溫度,并且它們最適pH為6.5~7.5mg/g。
由于印度次大陸屬于季風(fēng)氣候,斑馬魚淡水棲息地的范圍會有很大的季節(jié)變化。旱季時它們會棲息在稻田和水坑里并進行繁殖產(chǎn)卵,雨季過后,又回到河流、溪流。 它們通常出沒在稻田和水坑中,這與水稻種植有關(guān)。這種與水稻種植的關(guān)聯(lián)可能與化肥的使用有關(guān),化肥可促進斑馬魚飲食的主要成分浮游動物的生長。稻田和淺水季節(jié)性水域的大型捕食性魚類較少,這為斑馬魚生活提供了環(huán)境。
生活習(xí)性
節(jié)律行為 斑馬魚表現(xiàn)出明顯的晝夜活動節(jié)律。它們主要是晝行物種,但它們的節(jié)律與光線、溫度和熱循環(huán)有很大聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)被帶入光暗周期的魚類在光照期間其每日活動的時間在75%以上,這種晝夜模式在斑馬魚幼體的早期就已經(jīng)出現(xiàn)了。 而熱循環(huán)本身也會影響斑馬魚活動的晝夜節(jié)律,這證實了溫度也有同步的作用。在大量實驗后發(fā)現(xiàn),斑馬魚可能在白天和晚上都會進行活動。在其生命周期中它們有能力轉(zhuǎn)變?yōu)橐归g活動。魚類的晝夜節(jié)律系統(tǒng)為多振蕩系統(tǒng)。不同的因素作用于它們的節(jié)律系統(tǒng),影響著它們的行為表現(xiàn)。 此外,當溫度、光亮升高到一定程度時斑馬魚會減少在安全環(huán)境中停留的時間,如魚缸底部、黑暗的地方和淺灘,而是進入具有潛在危險環(huán)境,如魚缸頂部區(qū)域、裸露或明亮區(qū)域和遠離社會群體的區(qū)域。研究表示這些節(jié)律行為的變化與斑馬魚神經(jīng)系統(tǒng)的改變有關(guān)。
覓食行為 斑馬魚是一種微型捕食者。 它們從水流中獲取大部分食物,并通過濾食來攝取營養(yǎng)。 斑馬魚對食物并不挑剔,是雜食性動物。 在水族館 里,它們會吃掉飼養(yǎng)員給的任何食物,包括小型活的和冷凍的食物,如 水蚤 、 鹵蟲 和 血蟲 。 在自然界中,它們以甲殼類動物、小昆蟲、 蠕蟲 和藻類為食。
競爭行為 最有可能與斑馬魚競爭的是鯉科的其他小魚。各種各樣的鯉科動物與斑馬魚共存,如小型一點的 倒鉤魚 、較大的 山鮭魚 。倒鉤魚可能是斑馬魚的主要競爭對手,因為這兩個物種的大小相似,魚口相似,在水中占據(jù)相似的位置。美洲斑馬魚雖然比斑馬魚稍大,但也喜歡在上層水域活動,會與斑馬魚爭奪食物。
社群行為 斑馬魚是一種社會性的魚類,社會等級是由雄性和雌性共同建立的。支配地位是通過攻擊的方式建立的,包括咬和追逐。占優(yōu)勢的個體在產(chǎn)卵地點附近建立交配領(lǐng)地,壟斷食物資源。 斑馬魚的互相追逐行為是由等級統(tǒng)治而決定的。雖然它們會對行動緩慢或鰭長的魚類表現(xiàn)出攻擊性,可能會騷擾它們并咬這些魚類的鰭。 但是,斑馬魚是一種愛好和平的群居類魚,可以與許多魚類共存,包括小型鯉科魚類以及四聯(lián)魚、彩虹魚、鯰魚和泥鰍。
防御行為 斑馬魚防御行為表現(xiàn)為激動感的加強、攻擊性和進食率下降 。它們通過視覺和嗅覺做出預(yù)先反應(yīng)并對捕食者產(chǎn)生警覺,同時通過分泌傷害信息素來觸發(fā)反捕食者行為。斑馬魚的黑色素細胞能及時感應(yīng)刺激,這有助于斑馬魚躲避潛在的捕食者。
生長繁殖
自然繁殖 斑馬魚屬卵生魚類,在4月至8月的季風(fēng)季節(jié)繁殖。4月齡進入性成熟期,一般5月齡魚繁殖較好。斑馬魚的繁殖比較容易,對水要求pH6.5~7.5mg/g,硬度6~8mmol/L,水溫25~26℃。它們的繁殖實行一夫多妻制,一條雌魚每次可排卵50~500粒不等。 受精卵經(jīng)2~3天可孵出仔魚,再經(jīng)2天仔魚開始游動覓食。繁殖周期約7天 左右,一年四季都可產(chǎn)卵,而且產(chǎn)卵量高。 值得注意的是在孵化后,所有斑馬魚立即發(fā)育為雌性。當它們長到5~7周大時,性腺開始分化,雄性大約需要3個月的時間使睪丸發(fā)育成熟,此時性別還未完全確定。研究表明生長緩慢的個體會變成雄性,生長迅速的個體變成雌性,其中食物供應(yīng)和生長速度在性別決定中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 交配行為受到光周期的嚴重影響,在繁殖季節(jié)的第一縷光照進水里就開始進行。為了求偶,大約有3到7只雄魚追逐雌魚,并試圖通過輕推雌魚或繞著它游成一個圓圈或8字形,將它引到產(chǎn)卵地點。它們傾向于在淤泥底和植被良好的池塘中繁殖。人工養(yǎng)殖中,礫石產(chǎn)卵點比淤泥產(chǎn)卵點更受青睞。在野外,斑馬魚在淤泥底的棲息地繁殖。當一對繁殖伴侶到達產(chǎn)卵地點時,雄性將其生殖孔對準雌性,并開始顫抖,雌性釋放卵子,雄性釋放精子。這一過程大約持續(xù)一個小時。 雄性的求偶行為需要雌性性信息素的存在,而雌性的排卵需要雄性性信息素的存在。
斑馬魚在沒有準備巢穴的情況下產(chǎn)下無黏附性的卵,這種魚被稱為群體產(chǎn)卵者和卵分散者。雖然孵化時間取決于水溫,但大多數(shù)卵在受精后48~72小時孵化。絨毛膜厚度和胚胎活性也影響孵育時間。受精后72小時內(nèi),它們能夠游泳、進食,并表現(xiàn)出主動回避行為。幼年斑馬魚被孵化出來的時候大約3mm長,并且會立即被雌魚孤立。
人工繁殖 親魚培養(yǎng)
飼喂親魚的目的是為了獲得高質(zhì)量的受精卵。飼喂親魚用的飼料有活性飼料和配合飼料兩種,所用的配合飼料蛋白質(zhì)應(yīng)大于40%,粗脂肪大于3.5%,水分低于4%,鈣0.9%~1.6%,磷0.8%~1.4%,并添加適量對性腺發(fā)育有作用的物質(zhì),如ve、va、vd、微量元素鋅等,每天飼喂1~2次。繁殖季節(jié),每周可增加投喂2~3次枝角類、橈足類,豐年蟲或開水燙過并研碎的小魚、小蝦等鮮活飼料。在飼喂時應(yīng)注意:①自來水預(yù)先存放2~3天;②水pH調(diào)到6.5~7.5mg/g;
受精
將親魚雌雄分開飼喂2~3天(相互之間能夠看到,可在飼養(yǎng)箱中加一玻璃隔板,將雌雄分開)繁殖時將雄、雌按1~2∶1比例放入產(chǎn)卵池中進行產(chǎn)卵受精。斑馬魚一般凌晨產(chǎn)卵。一般頭天晚上放入,第二天上午或中午就產(chǎn)卵受精。為防止親魚吞噬魚卵,可用網(wǎng)孔2~3mm的網(wǎng)將親魚限制在產(chǎn)卵池的上半部活動。
人工孵化
受精結(jié)束后獲得的受精卵要及時撈出,剔除異物,將眼觀有白色小斑點、畸形異常卵去除。然后將受精卵移入培養(yǎng)箱中進行孵化,溫度為25~28℃,溫差不能夠超過0.5℃。這期間可在解剖鏡下觀察胚胎的發(fā)育狀況,受精卵經(jīng)2~3天可孵出仔魚,剛出膜的魚苗游泳能力低,靜臥于水底。再經(jīng)2天仔魚開始游動覓食,開始先以“洄水”喂之,10天后可改喂其他小型魚蟲。斑馬魚的繁殖周期約7天左右,一年可連續(xù)繁殖6~7次,而且產(chǎn)卵量高。但在野外可能需要長達5~6個月的時間才能達到生殖成熟。
孵化時應(yīng)注意:①虹吸出產(chǎn)卵池底的受精卵時要用直徑10mm左右的皮軟管,如果用硬質(zhì)的吸管,有可對受精卵造成損傷;②孵化用水、清洗用水,水質(zhì)要好,水溫相差不宜過大,要保持相對恒定,對受精卵來說,劇烈的溫度變化會引起胚胎死亡;③孵化期間每天要及時清除敗育卵,勤換水。
魚屬種類 斑馬魚是鯉科中的小型淡水魚屬,根據(jù)鰭的長短,可分為長鰭斑馬魚及短鰭斑馬魚。該屬目前有27種已知物種。大多數(shù)種類的斑馬魚生長長度不超過50mm。但通過選擇 性育種已培養(yǎng)出了幾種長鰭斑馬魚和顏色改變了的斑馬魚。它們通常具有一排斑點,垂直條紋或水平條紋,還有一些斑馬魚有兩對長長的倒鉤。 部分種類:
阿薩姆邦斑馬魚( Devario assamensis )
巴爾德斑馬魚( Devario pathirana )
孟加拉斑馬魚( Devario devario )
黑條紋斑馬魚( Danio absconditus )
血尾斑馬魚( Devario annandalei )
藍色斑馬魚( Danio kerri )
天珠斑馬魚( Danio margaritatus )
侏儒斑點斑馬魚( Danio nigrofasciatus )
翡翠矮人斑馬魚( Danio erythromicron )
火吧斑馬魚( Devario maetaengensis )
火線斑馬魚( Devario sondhii )
巨人斑馬魚( Devario aequipinnatus )
輝光斑馬魚( Celestichthys choprae )
金戒指斑馬魚( Danio tinwini )
金條紋斑馬魚( Devario chrysotaeniatus )
光斑馬魚( Danio sp. Hikari )
賈因蒂亞斑馬魚( Danio jaintianensis )
茵萊斑馬魚湖( Devario auropurpureus )
老撾斑馬魚( Devario Laoensis )
豹斑馬魚( Danio Rerio )
馬拉巴爾·斑馬魚( Devario malabaricus )
梅加拉亞語斑馬魚( Danio Meghalayensis )
橙色翅片斑馬魚( Danio kyathit )
黑豹斑馬魚( Brachydanio aesculapii )
珀爾斑馬魚( Danio albolineatus )
羅斯斑馬魚( Danio roseus )
主要價值
觀賞價值 因為它們溫順,非常耐寒,完全習(xí)慣于水族館中水條件的變化,所以在水族館中較為常見。 現(xiàn)在能在黑暗中發(fā)光的 轉(zhuǎn)基因斑馬魚也被研究出來用于水族館貿(mào)易。 斑馬魚是一種體型較小的觀賞魚,成年呈橄欖綠色,體側(cè)從頭部到尾部有幾條藍、銀想相間的條紋。臀鰭上也有與體色類似的斑紋,但是顏色要淡一些。許多斑馬魚具有鮮艷的顏色,是較受歡迎的觀賞魚類,也是剛開始飼養(yǎng)熱帶魚的理想對象。
科研價值 斑馬魚具有體型小、生長快、體外受精、體外發(fā)育、胚體透明、繁殖周期短、繁殖能力強等特點,是國際標準化組織認可的5種魚類實驗動物之一。 隨著對斑馬魚的進一步了解,其作為模式生物在生命科學(xué)以及醫(yī)學(xué)研究中的作用正在崛起。目前斑馬魚野生型品系種純系主要有Tuebingen品系(簡稱TU,起源于Streisinger Lab)、AB品系,其中斑馬魚基因組計劃所用品系為Tuebingen品系。作為最受重視的脊椎動物發(fā)育生物學(xué)模型之一,它也是研究胚胎發(fā)育、基因調(diào)控與功能的優(yōu)良材料、遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)、基因組學(xué)等研究重要的模式生物。
以斑馬魚為模型研究目的基因在脊椎動物中的表達和功能
利用斑馬魚胚胎透明的特點,構(gòu)建 綠色熒光蛋白 (GFP)與內(nèi)源性靶蛋白的 融合蛋白 ,通過觀察融合蛋白的熒光分布情況,借以確定目的基因或目的蛋白的功能和表達特點。同時,還可通過檢測綠色熒光的分布,監(jiān)測外源蛋白的表達在斑馬魚中的表達與分布情況。 斑馬魚與免疫學(xué)研究
斑馬魚作為免疫學(xué)新模式生物的優(yōu)點在于:(1)與傳統(tǒng)的免疫學(xué)模式生物 —— 小鼠相比,斑馬魚有體型小,子代數(shù)量多,培育要求低,易于養(yǎng)殖,飼養(yǎng)成本低,便于開展大規(guī)模研究。(2)斑馬魚個體發(fā)育過程是在全透明狀態(tài)下完成,使得整個心血管系統(tǒng)的發(fā)育過程能十分完整的被觀察。特別是免疫系統(tǒng)個體發(fā)育的相關(guān)資料,是無法從小鼠上所進行的實驗中輕易獲得的。(3)先期對斑馬魚的遺傳學(xué)研究積累的豐富突變庫也為研究免疫相關(guān)基因的功能提供了條件。(4)在目前已知生物中,魚類是最早具備獲得性免疫系統(tǒng)的綱。這就使得對斑馬魚免疫系統(tǒng)的研究成為人們了解非特異性免疫系統(tǒng)和獲得性免疫系統(tǒng)進化與功能相互關(guān)系的重要工具。這個獨特的免疫系統(tǒng)進化地位還賦予了斑馬魚作為免疫學(xué)研究模式生物的另一重要優(yōu)勢,即其成體可以在沒有胸腺、淋巴細胞生成的情況下存活傳代。
斑馬魚相關(guān)實驗
1981年, 喬治·史翠格 (George Streisinger)和他的同事們開始將斑馬魚作為模型生物進行研究。從那時起,它們就成為了生物醫(yī)學(xué)研究中受歡迎的模式生物。斑馬魚主要用于研究脊椎動物的發(fā)育、進化、遺傳學(xué)和疾病。
1999年,Herbomel等在觀察斑馬魚的巨噬細胞個體發(fā)育時發(fā)現(xiàn),處于胚胎發(fā)育早期的斑馬魚巨噬細胞就具有對外源微生物大腸桿菌高效吞噬的能力。實驗結(jié)果表明斑馬魚體內(nèi)可能還存在與哺乳動物相類似的細胞因子或趨化因子系統(tǒng)。
2001年,Yoder等報道了斑馬魚與人白細胞表面受體基因簇同源的序列,并通過體外轉(zhuǎn)染實驗證明,斑馬魚在該區(qū)域的與ITAM基序高同源性的蛋白質(zhì)同樣有抑制小鼠MAPK信號途徑的功能,進而還可抑制NK細胞的活化,這進一步顯示出斑馬魚和人在該區(qū)域的基因結(jié)構(gòu)和功能都是保守的。
2002年,Neely等首先建立了細菌感染致病性鏈球菌的斑馬魚模型。該研究選用鏈球菌作為病原菌對斑馬魚進行攻擊實驗,得到了較為全面的感染過程、致死劑量、生存曲線資料,為進一步研究非特異性免疫反應(yīng)中宿主和病原體相互奠定了堅實的基礎(chǔ)。
物種保護
物種現(xiàn)狀 斑馬魚在世界自然保護聯(lián)盟的瀕危物種紅色名錄中被列為無危動物。 除了在水族館貿(mào)易中被過度開發(fā),這個物種的生存幾乎沒有受到其他威脅。 斑馬魚是許多魚食性魚類和鳥類的獵物。斑馬魚的分布范圍很廣,它們很容易在原生棲息地繁殖。
天敵情況 斑馬魚的主要捕食者是 烏鱧 和淡水 花生魚 。其他捕食者包括 叉尾魚 、 刀魚 、 刺鰻 、 印度池鷺 和 普通翠鳥 。 前面所提到的魚類都能與斑馬魚共存,并有足以吞咽成魚的口。根據(jù)的腸道含量分析表明,這些魚的食物中有很大一部分是小魚。在這些食魚性魚類出現(xiàn)的地點,斑馬魚要么沒有,要么出現(xiàn)豐度很低。其中輪紋鰻魚可能以斑馬魚的胚胎或幼體為食。 長尾鯰魚的嘴大到足以咬住成年斑馬魚,但它們往往會在斑馬魚不存在的地方占據(jù)移動較快的水域。另一種潛在的捕食者是沼澤鰻魚,與斑馬魚的大小相比,它們的嘴巴很小,成功捕食斑馬魚成魚的概率較低。 在稻田或斑馬魚幼魚豐富的淺水季節(jié)性水域,我們沒有發(fā)現(xiàn)大型捕食性魚類。但是在這些避難所 ,藏匿著水生 蜻蜓 幼蟲。蜻蜓幼蟲很貪吃,這對斑馬魚的幼魚死亡起著重要影響。其他水生無脊椎動物也可能捕食斑馬魚幼體。
其他影響因素 首先,水稻種植無疑對斑馬魚產(chǎn)生了影響,由于水道被筑壩灌溉,許多季節(jié)性溪流和濕地將會消失,雖然它們的繁殖似乎與季節(jié)性河流中的繁殖一樣好,但這些可能已經(jīng)改變了生物群落。因為一些競爭者或捕食者比它們更擅長在這些棲息地定居,這可能會導(dǎo)致它們面臨棲息地退化和喪失的嚴峻挑戰(zhàn)。其次,生產(chǎn) 黃麻 (即膠囊黃麻,這是服裝、麻袋、麻線和其他物品的纖維的來源)也會對斑馬魚造成影響。黃麻一旦收獲,就會在小溪中腌制,這會使水酸化,導(dǎo)致魚類死亡。
歷史研究 斑馬魚模式化歷史
斑馬魚作為模式生物僅有30多年的歷史,最早將斑馬魚作為模式生物研究的是美國Oregon大學(xué)已故的著名遺傳學(xué)家George Streisinger,1981年他在《Nature》雜志上所發(fā)表的關(guān)于斑馬魚人工雌核發(fā)育的研究的論文。從此,斑馬魚開始引起人們的關(guān)注。1994年,以“斑馬魚發(fā)育和遺傳”為主題的會議在冷泉港召開。1996年,著名的 《Development》雜志上發(fā)表了一系列與斑馬魚各系統(tǒng)組織(心血管、脊索、腦等)發(fā)育的突變體有關(guān)研究的報告,從而揭開了斑馬魚用于基因、基因組學(xué)組、脊椎動物發(fā)育以及人類疾病研究的序幕。2002年5月,《Science》雜志又刊出了一期有關(guān)斑馬魚的研究專輯,標志這一斑馬魚為模式生物的研究進入到一個新的階段。