今天小編分享的科學經驗：這些魚非要去跟鲨魚蹭蹭，是想作死嗎？真相竟然是……大跌眼鏡！，歡迎閱讀。
瘙癢（Itch），從感官角度來說，是一種獨特的感知體驗。它不像疼痛那樣劇烈，卻足以引起一種 " 非撓不可 " 的衝動。
我們都經歷過瘙癢難耐的時候，而且可能越癢越撓，越撓越癢。不止是人類，許多動物，也會癢，而這時候動物會通過蹭樹等方式來解決瘙癢問題。
人癢了可以撓，而對于魚，這些在水中悠遊的生物，沒有爪子，不會像我們一樣撓癢癢。如果魚不能撓，那它會感到癢嗎？更重要的是，我們又該如何判斷它是否 " 癢 " 呢？
什麼是癢？
科學家不能直接問魚：" 你覺得癢嗎？"，只能設計一系列實驗，試圖通過魚的行為和神經活動來破解這個謎團。
瘙癢感通常由外界刺激物或内部信号（如炎症因子）引發。某些化學物質能夠直接作用于 TRPA1，激活它的 " 開關功能 "。TRPA1（Transient Receptor Potential Ankyrin 1）是一種離子通道蛋白，分布在感知神經元的末梢，負責感知化學和物理刺激。它不僅參與疼痛和瘙癢的感知，還能對溫度變化和某些刺激性化學物質作出反應。
當 TRPA1 被激活時，會讓神經元内的鈣離子流動增加，產生電信号。這些信号迅速傳遞到負責瘙癢感的感覺神經元中，比如背根神經節（DRG）中的 C 纖維。C 纖維是瘙癢信号的 " 專屬快遞員 "，将信号從皮膚表面一路傳遞到脊髓，再送到大腦的丘腦和大腦皮層，最終讓我們感知到 " 癢 "。
怎樣知道魚在癢？
2017 年 9 月，在美國華盛頓大學，阿賈伊 · 德幹 （Ajay Dhaka）領導的一支科學團隊研究了癢的機制，選擇了兩個研究模型：小型、透明的斑馬魚和經典的實驗動物小鼠。
斑馬魚 圖源：A-Z Animals
為了檢測魚類的瘙癢反應，科學家們從哺乳動物中常用的瘙癢誘導物質中篩選出了幾種候選化學物質，包括咪喹莫特（Imiquimod，IMQ）。
咪喹莫特是一種 TLR7 的人工激動劑。它被設計用于治療病毒感染（如尖銳溼疣）和皮膚癌，通過模拟病毒 RNA 的作用激活 TLR7。
TLR7 是免疫系統中的一種受體蛋白，主要分布在免疫細胞（如樹突細胞、巨噬細胞和 B 細胞）的内體膜上。它的主要功能是識别病原體，特别是病毒的單鏈 RNA（ssRNA），從而觸發宿主的抗病毒免疫反應。
TLR7 的過度激活可能引發局部炎症，從而導致瘙癢、刺痛等不适感。這就是選擇咪喹莫特作為引發斑馬魚瘙癢物質的原因。
問題來了，前面說了 TRPA1 是瘙癢和疼痛感知的離子通道，那為什麼還要選擇作用于 TLR7 的咪喹莫特？
TLR7 主要參與免疫系統，而 TRPA1 則與感官系統密切相關。盡管它們的功能看似毫無關聯，但部分研究表明，TLR7 的激活可能間接影響 TRPA1 通道的功能。例如，炎症因子可能通過復雜的細胞信号網絡間接作用于 TRPA1，從而進一步放大瘙癢或疼痛感。
研究團隊首先将這些化學物質溶解在特定的介質中，應用于三天大的斑馬魚幼體。
實驗顯示，在測試的化學物質中，咪喹莫特能夠顯著激活斑馬魚三叉神經節（主要負責面部感官信号）中的神經元，還讓小魚表現出一種特殊的行為——頻繁地用嘴部摩擦魚缸壁，仿佛試圖 " 撓癢 "。
IMQ 引起成年斑馬魚表現出瘙癢行為 圖源：文獻 1
所謂的瘙癢行為，即斑馬魚遊動速度加快和軌迹更加頻繁。這種活動模式被認為是魚類感受到不适（如瘙癢）時的典型反應。
到底是什麼打開了癢的開關？
為了找到答案，研究者用基因編輯技術關閉了斑馬魚體内的 TRPA1 通道。當這些 " 小轉基因魚 " 接觸咪喹莫特時，它們完全停止了摩擦行為，仿佛這劑化學物質再也無法引起它們的不适。這一發現強烈暗示，TRPA1 通道可能是咪喹莫特引發瘙癢感的關鍵。
紅線代表追蹤斑馬魚遊泳行為軌迹。左圖是斑馬魚正常的遊泳行為。中間是注射 10 µ M AITC ( allyl isothiocyanate, 異硫氰酸烯丙酯為芥末内刺激性物質 ) 在斑馬魚上唇之後，魚產生痛覺反應的行為，活動力明顯地降低，右圖是注射 100 μ M IMQ 在斑馬魚上唇之後，魚會不斷地摩擦水缸壁，類似抓癢的行為表現。 圖源：文獻 1
為了進一步确認，他們還測試了其他可能的通路，例如與免疫反應相關的 TLR7 受體。然而，TLR7 的 " 嫌疑 " 很快被排除，因為它既未在斑馬魚相關神經元中表達，也未對行為產生任何影響。
研究者們發現，即便是 TRPA1 通道，面對不同濃度的化學物質也會產生截然不同的 " 反應 "。低濃度的咪喹莫特能夠溫和地激活一小部分神經元，觸發類似瘙癢的行為；而高濃度的化學物質如芥末油（另一種 TRPA1 激動劑），則讓更多神經元 " 火力全開 "，引發更強烈的痛覺反應。研究者形象地将這比作 " 嗡嗡響的警報器 " 和 " 震耳欲聾的火災警鈴 "。
從生理上看，癢和痛實際上共享一部分神經通路，比如它們都可以通過 TRPA1 通道感知刺激。但通過不同的神經元分支和激活阈值，它們實現了 " 分工協作 "：
癢感受器（敏感神經元）：對低強度刺激作出反應，專注于小範圍的威脅；它由一種特殊的 C 類纖維神經傳遞瘙癢信号，這些纖維較細且傳導速度較慢（約 1 米 / 秒）。這種慢速傳導的特點讓瘙癢感顯得不急迫，給我們時間撓一撓、輕輕處理問題。
痛感受器（強刺激神經元）：對高強度刺激作出反應，處理更緊急的情況。它通常由 A δ 纖維和 C 類纖維共同負責。A δ 纖維傳導速度較快（約 5-30 米 / 秒），使疼痛信号能迅速到達中樞神經系統，觸發即時反應，如快速撤回受傷部位。
這種 " 雙軌制 " 機制幫助生物區分了刺激的輕重緩急，從而選擇更合适的行為。
為了驗證這種機制是否适用于哺乳動物，研究團隊轉向小鼠實驗。他們發現，咪喹莫特同樣能夠通過 TRPA1 通道激活小鼠的瘙癢行為。當這些通道被基因編輯關閉後，小鼠的 " 撓抓 " 行為顯著減少，而對疼痛的反應則未受到影響。
更有趣的是，研究發現小鼠的 TRPA1 通道對咪喹莫特的反應比斑馬魚弱得多。這或許可以解釋為什麼咪喹莫特在小鼠中主要引發瘙癢，而在人類中卻常常同時引發瘙癢和刺痛。
通過對斑馬魚和小鼠的實驗，研究者不僅揭示了瘙癢感的一個重要機制，還提出了一個迷人的假說：瘙癢可能是痛覺通路的 " 進化副產物 "，幫助動物應對低強度的有害刺激。這種簡單但高效的機制，可能在脊椎動物中已經被保留下來。
魚癢了，怎麼撓？
面對癢這個問題，沒有手的魚除了蹭魚缸還有什麼辦法解決？
答案之一是鲨魚！
大青鲨
2022 年，來自澳大利亞西澳大學的克裡斯托弗 · 湯普森（Christopher D.H. Thompson）博士和他的研究團隊，歷時七年，在全球三大洋中的 36 個地點，展開了一場關于 " 魚撓癢行為 " 的探索。
對于海洋的魚類來說，難以避免被寄生蟲困擾，這也是造成癢的主要因素。當寄生蟲在魚體表寄生時，會用附着器官（如吸盤、鉤刺）牢牢抓住魚的皮膚或鰓蓋。這種物理附着會直接損傷組織，引起組織紅腫，會刺激魚體表的機械感受器和化學感受器，向魚的大腦發送癢的刺激信号。
研究團隊利用誘餌遙控水下視頻系統（BRUVS）記錄了 6166 段海底視頻，詳細觀察了 261 種海洋動物的行為。經過精細分析，他們發現，黃鳍金槍魚、南方藍鳍金槍魚以及虹鳟魚，竟然會主動磨蹭鲨魚——一種潛在的捕食者，來清除身體表面的寄生蟲。
一條黃鳍金槍魚在蹭大青鲨 圖源：文獻
磨蹭行為在視頻中表現得十分明顯：魚類首先接近鲨魚，等待尾鳍擺動到合适的位置，然後迅速擦過去，像是用 " 鲨魚版砂紙 " 進行清潔。
大白鲨的皮 圖源：white shark ocean
鲨魚皮膚的獨特結構（皮齒）使其表面粗糙，非常适合磨蹭。而魚類尤其偏好刮擦頭部、眼睛和鰓蓋這些寄生蟲最容易附着的部位。
大洋性魚類，尤其是金槍魚和虹鳟魚，表現出顯著的刮擦行為。大青鲨是首選的刮擦對象，其粗糙皮膚可能提供了優越的刮擦效果，同時對刮擦行為無明顯反應，減少了潛在威脅。 圖源：文獻
湯普森博士的研究發現，鲨魚是這些魚類首選的磨蹭對象。這種行為并不是偶然，而是有明确的傾向性：83% 的刮擦行為發生在鲨魚身上，其餘僅有 17% 發生在同類之間。而鲨魚對這些刮擦行為幾乎無動于衷，沒有表現出逃避或攻擊，這也讓魚類能夠安全完成 " 清潔任務 "。
誰能想到，魚類也會有 " 癢 " 的煩惱？更令人驚訝的是，它們竟然能夠巧妙地利用鲨魚這種強大的掠食者來解決這個問題。這種行為不僅是魚類适應環境的生存妙招，更是自然界復雜互動的縮影。
參考文獻
[ 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.
策劃制作
作者丨蘇澄宇 科普創作者
審核丨劉煥章 中國科學院水生生物研究所 研究員
劉雅丹 中國水產學會 研究員
策劃丨何通
責編丨何通
審校丨徐來、林林
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