这些鱼非要去跟鲨鱼蹭蹭，是想作死吗？真相竟然是……大跌眼镜！

转自：科普中国

瘙痒（Itch），从感官角度来说，是一种独特的感知体验。它不像疼痛那样剧烈，却足以引起一种“非挠不可”的冲动。

我们都经历过瘙痒难耐的时候，而且可能越痒越挠，越挠越痒。不止是人类，许多动物，也会痒，而这时候动物会通过蹭树等方式来解决瘙痒问题。

人痒了可以挠，而对于鱼，这些在水中悠游的生物，没有爪子，不会像我们一样挠痒痒。如果鱼不能挠，那它会感到痒吗？更重要的是，我们又该如何判断它是否“痒”呢？

什么是痒？

科学家不能直接问鱼：“你觉得痒吗？”，只能设计一系列实验，试图通过鱼的行为和神经活动来破解这个谜团。

瘙痒感通常由外界刺激物或内部信号（如炎症因子）引发。某些化学物质能够直接作用于 TRPA1，激活它的“开关功能”。TRPA1（Transient Receptor Potential Ankyrin 1）是一种离子通道蛋白，分布在感知神经元的末梢，负责感知化学和物理刺激。它不仅参与疼痛和瘙痒的感知，还能对温度变化和某些刺激性化学物质作出反应。

当 TRPA1 被激活时，会让神经元内的钙离子流动增加，产生电信号。这些信号迅速传递到负责瘙痒感的感觉神经元中，比如背根神经节（DRG）中的 C 纤维。C 纤维是瘙痒信号的“专属快递员”，将信号从皮肤表面一路传递到脊髓，再送到大脑的丘脑和大脑皮层，最终让我们感知到“痒”。

怎样知道鱼在痒？

2017 年 9 月，在美国华盛顿大学，阿贾伊·德干 （Ajay Dhaka）领导的一支科学团队研究了痒的机制，选择了两个研究模型：小型、透明的斑马鱼和经典的实验动物小鼠。

为了检测鱼类的瘙痒反应，科学家们从哺乳动物中常用的瘙痒诱导物质中筛选出了几种候选化学物质，包括咪喹莫特（Imiquimod，IMQ）。

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（如尖锐湿疣）和皮肤癌，通过模拟病毒 RNA 的作用激活 TLR7。

TLR7 是免疫系统中的一种受体蛋白，主要分布在免疫细胞（如树突细胞、巨噬细胞和B细胞）的内体膜上。它的主要功能是识别病原体，特别是病毒的单链 RNA（ssRNA），从而触发宿主的抗病毒免疫反应。

TLR7 的过度激活可能引发局部炎症，从而导致瘙痒、刺痛等不适感。这就是选择咪喹莫特作为引发斑马鱼瘙痒物质的原因。

问题来了，前面说了 TRPA1 是瘙痒和疼痛感知的离子通道，那为什么还要选择作用于 TLR7 的咪喹莫特？

TLR7 主要参与免疫系统，而 TRPA1 则与感官系统密切相关。尽管它们的功能看似毫无关联，但部分研究表明，TLR7 的激活可能间接影响 TRPA1 通道的功能。例如，炎症因子可能通过复杂的细胞信号网络间接作用于 TRPA1，从而进一步放大瘙痒或疼痛感。

研究团队首先将这些化学物质溶解在特定的介质中，应用于三天大的斑马鱼幼体。

实验显示，在测试的化学物质中，咪喹莫特能够显著激活斑马鱼三叉神经节（主要负责面部感官信号）中的神经元，还让小鱼表现出一种特殊的行为——频繁地用嘴部摩擦鱼缸壁，仿佛试图“挠痒”。

所谓的瘙痒行为，即斑马鱼游动速度加快和轨迹更加频繁。这种活动模式被认为是鱼类感受到不适（如瘙痒）时的典型反应。

到底是什么打开了痒的开关？

为了找到答案，研究者用基因编辑技术关闭了斑马鱼体内的 TRPA1 通道。当这些“小转基因鱼”接触咪喹莫特时，它们完全停止了摩擦行为，仿佛这剂化学物质再也无法引起它们的不适。这一发现强烈暗示，TRPA1 通道可能是咪喹莫特引发瘙痒感的关键。

红线代表追踪斑马鱼游泳行为轨迹。左图是斑马鱼正常的游泳行为。中间是注射 10 µM AITC (allyl isothiocyanate, 异硫氰酸烯丙酯为芥末内刺激性物质) 在斑马鱼上唇之后，鱼产生痛觉反应的行为，活动力明显地降低，右图是注射 100 μM IMQ 在斑马鱼上唇之后，鱼会不断地摩擦水缸壁，类似抓痒的行为表现。 图源：文献 1

为了进一步确认，他们还测试了其他可能的通路，例如与免疫反应相关的 TLR7 受体。然而，TLR7 的“嫌疑”很快被排除，因为它既未在斑马鱼相关神经元中表达，也未对行为产生任何影响。

研究者们发现，即便是 TRPA1 通道，面对不同浓度的化学物质也会产生截然不同的“反应”。低浓度的咪喹莫特能够温和地激活一小部分神经元，触发类似瘙痒的行为；而高浓度的化学物质如芥末油（另一种 TRPA1 激动剂），则让更多神经元“火力全开”，引发更强烈的痛觉反应。研究者形象地将这比作“嗡嗡响的警报器”和“震耳欲聋的火灾警铃”。

从生理上看，痒和痛实际上共享一部分神经通路，比如它们都可以通过TRPA1 通道感知刺激。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（敏感神经元）：对低强度刺激作出反应，专注于小范围的威胁；它由一种特殊的 C 类纤维神经传递瘙痒信号，这些纤维较细且传导速度较慢（约 1 米/秒）。这种慢速传导的特点让瘙痒感显得不急迫，给我们时间挠一挠、轻轻处理问题。

痛感受器（强刺激神经元）：对高强度刺激作出反应，处理更紧急的情况。它通常由 Aδ 纤维和 C 类纤维共同负责。Aδ 纤维传导速度较快（约 5-30 米/秒），使疼痛信号能迅速到达中枢神经系统，触发即时反应，如快速撤回受伤部位。

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。

为了验证这种机制是否适用于哺乳动物，研究团队转向小鼠实验。他们发现，咪喹莫特同样能够通过 TRPA1 通道激活小鼠的瘙痒行为。当这些通道被基因编辑关闭后，小鼠的“挠抓”行为显著减少，而对疼痛的反应则未受到影响。

更有趣的是，研究发现小鼠的 TRPA1 通道对咪喹莫特的反应比斑马鱼弱得多。这或许可以解释为什么咪喹莫特在小鼠中主要引发瘙痒，而在人类中却常常同时引发瘙痒和刺痛。

通过对斑马鱼和小鼠的实验，研究者不仅揭示了瘙痒感的一个重要机制，还提出了一个迷人的假说：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。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。

鱼痒了，怎么挠？

面对痒这个问题，没有手的鱼除了蹭鱼缸还有什么办法解决？

答案之一是鲨鱼！

2022 年，来自澳大利亚西澳大学的克里斯托弗·汤普森（Christopher D.H. Thompson）博士和他的研究团队，历时七年，在全球三大洋中的 36 个地点，展开了一场关于“鱼挠痒行为”的探索。

对于海洋的鱼类来说，难以避免被寄生虫困扰，这也是造成痒的主要因素。当寄生虫在鱼体表寄生时，会用附着器官（如吸盘、钩刺）牢牢抓住鱼的皮肤或鳃盖。这种物理附着会直接损伤组织，引起组织红肿，会刺激鱼体表的机械感受器和化学感受器，向鱼的大脑发送痒的刺激信号。

研究团队利用诱饵遥控水下视频系统（BRUVS）记录了 6166 段海底视频，详细观察了 261 种海洋动物的行为。经过精细分析，他们发现，黄鳍金枪鱼、南方蓝鳍金枪鱼以及虹鳟鱼，竟然会主动磨蹭鲨鱼——一种潜在的捕食者，来清除身体表面的寄生虫。

磨蹭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，像是用“鲨鱼版砂纸”进行清洁。

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。

大洋性鱼类，尤其是金枪鱼和虹鳟鱼，表现出显著的刮擦行为。大青鲨是首选的刮擦对象，其粗糙皮肤可能提供了优越的刮擦效果，同时对刮擦行为无明显反应，减少了潜在威胁。 图源：文献

汤普森博士的研究发现，鲨鱼是这些鱼类首选的磨蹭对象。这种行为并不是偶然，而是有明确的倾向性：83%的刮擦行为发生在鲨鱼身上，其余仅有 17%发生在同类之间。而鲨鱼对这些刮擦行为几乎无动于衷，没有表现出逃避或攻击，这也让鱼类能够安全完成“清洁任务”。

谁能想到，鱼类也会有“痒”的烦恼？更令人惊讶的是，它们竟然能够巧妙地利用鲨鱼这种强大的掠食者来解决这个问题。这种行为不仅是鱼类适应环境的生存妙招，更是自然界复杂互动的缩影。

参考文献

[1]Esancy K, Condon L, Feng J, et al. A zebrafish and mouse model for selective pruritus via direct activation of TRPA1J. Elife, 2018, 7: e32036.

[2]Thompson C D H, Meeuwig J J. Sharks are the preferred scraping surface for large pelagic fishes: Possible implications for parasite removal and fitness in a changing oceanJ. Plos one, 2022, 17(10): e0275458.

作者丨苏澄宇 科普创作者

审核丨刘焕章 中国科学院水生生物研究所 研究员

刘雅丹 中国水产学会 研究员

策划丨何通

责编丨何通