斑马鱼实验表明脆弱的淡水和海洋物种可能受到气候变化的影响。当气候发生变化时，哪些生物能生存，哪些会死亡？一种小的幼鱼正在为大脑如何对温度上升做出反应提供意想不到的见解。
"实际上这是非常不可思议的。整个大脑亮了起来，"挪威科技大学（NTNU）的博士生Anna Andreassen说。生物体，无论是鱼还是人，往往会随着温度的升高而功能下降。许多人可能在一个有点太热的夏日经历过这种情况。但是，当身体变得不舒服的时候，身体内部究竟发生了什么？
为了找出答案，NTNU生物系的生物学家们将遗传技术与神经生理学技术相结合。
"我们想研究限制生物体热耐力的机制。当地球温度因气候变化而上升时，哪些动物会生存下来，为什么？我们选择研究大脑，"Andreassen说。
斑马鱼在博士生Anna H. Andreassen进行的实验中扮演主角，以了解脑细胞对温度变化的反应。资料来源: Ingebjørg Hestvik
Anna H. Andreassen，NTNU的博士生。资料来源：挪威科技大学
居住在水中的动物正经历着温度上升到致命水平，穿越各大洲的热浪也越来越频繁。为了预测物种将如何适应气候变化，了解什么限制了在非常高的温度下的生存是至关重要的。
"热耐受性是一个已经研究了几十年的话题，温度影响大脑活动的想法是一个老话题。新的是，我们现在可以使用基因技术和神经生理学来研究这一现象，"Andreassen说。
特隆赫姆NTNU的研究人员研究了新孵化的斑马鱼幼虫的大脑活动，同时逐步提高幼虫周围的温度。
"这些鱼经过基因改造，使大脑中的神经元在活动时发出一种荧光。当幼鱼游动时，我们可以在显微镜下看到这种光。这些幼鱼还有一个好处，就是它们是透明的。我们可以直接观察到活的幼鱼的大脑，"Andreassen说。
失去反应能力
通过这种方式，研究人员可以跟踪大脑活动，同时逐步提高鱼在其中游泳的水温。
"我们可以看到随着温度的升高，鱼类的行为会发生明显变化，当水温开始变得极其温暖时，它们就会失去平衡，并开始绕圈游动，肚皮朝上。"
研究人员戳了戳鱼尾巴以检查它们的反应，这通常会引发游泳反应。"在一定的温度下，鱼对外界刺激的反应停止了。它们仍然活着，但从生态学的角度来看，它们可以被认为是死了。在自然界中的这种情况下，它们将无法游离捕食者或找到通往更冷水的道路，"Andreassen说，他补充说这种情况在小型实验鱼中只是暂时的。只要我们让它们再次进入较冷的水中，它们的状态就会和之前一样好。"
研究人员利用鱼来获得生物研究中许多问题的答案。部门工程师Eline Rypdal（右）协助照料动物。资料来源: Ingebjørg Hestvik
热量使大脑关闭
到目前为止，实验如研究人员所期望的那样进行。通过在鱼的眼睛前照射光线，他们还可以检查大脑是否在感知视觉印象。随着温度的上升，大脑完全停止了对刺激的反应，完全不活跃。但随后，当他们把温度再调高一点时，事情发生了。
"整个大脑亮了起来。我可以最接近地描述我们所看到的是一种癫痫发作，"Andreassen说。
通常情况下，你只能在大脑的特定部位以小光点的形式看到大脑的活动。现在，惊奇的研究人员可以在显微镜下观察到荧光是如何在几秒钟内扩散开来并覆盖小鱼幼虫的整个大脑。
"我们知道斑马鱼的大脑与人类的大脑有相当多的共同点--70%的遗传物质是相同的--研究人员推测，我们在这些鱼幼虫身上看到的东西与你在发烧的儿童大脑中看到的东西之间是否会有联系，"Andreassen说。接下来，研究人员希望将一种特殊类型的脑细胞--胶质细胞--置于显微镜下观察。
"这里让人兴奋的发现是加热期间胶质细胞的活动。这些细胞在大脑的氧气供应中起着核心作用--它们既检查氧气水平，又调节血流，从而调节氧气供应。因为我们可以看到，氧气水平会影响热耐受性，一个假设是，大脑停止工作是因为胶质细胞不再能够调节氧气水平。"
差异推进进化
为了仔细观察所发生的事情，特隆赫姆的研究人员开始操纵鱼在水中游动的氧气量，同时提高温度。
"令我们惊讶的是，我们发现氧气水平在控制热耐力方面发挥了作用。当我们添加额外的氧气时，幼鱼在高温下表现更好，有更高的大脑活动，而且与低氧的鱼相比，在暴露于高温上限时恢复得更快。
在测试氧气浓度对热耐受性的影响时，对其他物种的研究产生了相反的结果。
"因此，对氧气水平的波动"不敏感"可能是地球上温度上升时的一种进化优势。研究结果表明，热耐受性是在不同物种之间变化的。这可能是决定一个物种是否能够适应气候变化或将屈服于温度上升的一个特征。很多生物都生活在缺氧的环境中，那里的温度可以迅速变得高于正常水平。它们将特别脆弱，"Andreassen说。
她举例生活在浅水区、河流中或潮间带的生物体。"这些栖息地的氧气水平可能发生大幅波动，往往与温度波动同时发生。在这些栖息地，热耐受性受氧气水平限制的鱼类可能比不受氧气水平影响的鱼类更挣扎。那些能够在低氧水平下保持神经功能的动物可能是最能忍受高温的动物。"
