动物行为在环境毒理学领域中的应用 Guangying Luo (SXAU) Application of Animal Behavior in the Field of Environmental Toxicology 摘要:近年来,随着人类健康理念的不断提高,环境毒理学研究越来越引起人们的重视。古老的动物行为学研究与环境毒理学的交叉,为毒理学研究指明了新的道路。本文综述了动物行为在环境毒理学的应用,对环境毒理学领域的研究具有一定的指导意义。 Abstract: With the raise of human health awareness, environmental toxicology research has been attached more and more important in recent years. Ancient animal behavioral research is applied in toxicology filed, which opens up a whole new way. This paper summarize the application of animal behavioral study in environmental toxicology field, which affords benefit for environmental toxicology research. 关键词:动物行为;环境毒理;学习记忆;情绪行为;社会行为 Keywords: animal behavior; environmental toxicity; learning and memory; emotional behavior; social behavior 1.动物行为的概念 什么是动物行为?到目前为止,对于动物行为,没有一个普遍的定义。动物为了自身眼前的存活和未来基因的存活所作的任何事情,这是行为的一个zui简单定义。为什么说是为了自身眼前存活和未来基因存活的呢?因为有些行为对自身的眼前存活是不利的,甚至因为这种行为它自己会死亡,但是如果不是为了自身存活,也是为了未来基因存活,只不过亲代为了子代牺牲了,这种行为对他自身存活不利,但是对他未来的后代存活有利,也就是说对未来的基因的存活有利。所作的任何事情一定是动物的一个个体、一个整体所干的一件事,而不是指它体内的生理活动。另外一个定义,行为是动物在个体层次上(不是在体内的某个器官,或组织细胞的层次上,而是特别强调在个体层次上),对外界环境的变化和内在生理状况的改变所作出的整体性的反应,并具有一定的生物学意义,这是行为的第二个定义。这个定义首先强调在个体层次上而不是以一个器官、组织、细胞为单位,更不是以基因为单位,在个体层次上对外界环境的变化和内在生理状况的改变所作出的整体性的反应,具有一定的生物学意义[1,2]。 目前,环境问题,包括环境污染、社会压力、不良的生活方式,日益成为影响生物生存的关键因素[3,4]。为了从宏观上更直观的去观察风险因子对生物机体,特别是人类造成的损伤,从而为分子生物学水平的分析奠定基础,我们将动物行为的研究与毒理学的研究进行交叉,更系统、更为全面的来分析、阐明影响人类健康的风险机理。 2.实验室动物行为学研究的*性 动物行为学操作简单易行,特别是针对实验室的行为学研究。观察评价,通常指笼子的旁侧观察已经被广泛的应用于环境兽医学领域。通过对动物行为学的观察,我们可以很直接的看到环境风险因子对机体造成的损伤,其具体的*性主要突出在以下两个方面[2]:一、在环境毒理学领域,一些典型、具有代表性的行为学,可以作为动物毒理学研究的指示信号;二、 环境风险因子对机体的自然发生的一些行为学变化,可以很容易的观察到。而且,随着科技的不断发展,行为学研究成为组学研究筛选功能性基因的一种手段。通过行为学筛选,越来越多的新的功能基因被发现,从而为生物学的发展发挥了重要的作用。
3. 实验室动物行为学研究技术在环境毒理学领域中的应用 动物行为学研究越来越呈现整合的研究趋势,除了动物学家和生态学家之外,吸引了神经生物学、心理疾病学、分子生物学、功能基因组学和遗传学等不同领域的科学家。zui近若干年以来,我国生命科学研究发展迅猛,神经生物学、分子生物学、遗传学、基因组学和蛋白质组学等技术平台已经建立得比较完善,但由于我国缺乏动物行为学基础研究的系统积累,这些前沿学科与重要动物行为学有机结合的研究还很有限。 然而,行为学研究技术在药理和毒理学研究领域,尤其是环境毒理学研究领域得到了广泛的应用[5-8]。目前,动物行为学的应用到环境毒理学的应用主要体现在以下几个方面: 3.1 学习和记忆行为 学习和记忆是两个相的神经过程。学习指人和运动依赖于经验来改变自身行为以适应环境的神经活动过程。记忆则是学习到的信息贮存和“读出”的神经活动过程。大脑在人的一生中一直处于发育的过程,而且大脑的发育很容易受到外界风险因子的攻击,特别是胚胎、婴幼儿和青少年以及老年阶段。大脑发育障碍势必会引起学习和记忆的功能障碍。Yinyin Xia (2011) 等通过水迷宫检测了亚慢性暴露于环境致癌物苯并芘大鼠的学习与记忆水平,结果发现2.5mg/kg和6.5mg/kg处理组的大鼠的学习和记忆水平明显降低[9]。Chris等(2010)通过T型迷宫和水迷宫检测了孕期暴露羟考酮30天(15mg/kg/day)对后代大鼠空间学习记忆能力的影响,结果发现羟考酮严重损伤了后代大鼠的学习记忆水平[10]。
3.2 情绪行为 情绪是生理上一种体验,包括喜、怒、忧、思、悲、恐、惊7种,而行为可以说是情绪的*体现。行为表现的越强说明其行为越强。如果情绪行为障碍,直接影响到人们之间的社会关系交流以及学习。Yale Abreu-Villaca, et al (2008)通过高架迷宫检测了联合暴露于乙醇 (2g/kg)和尼古丁(50ug/ml)C57B/L6小鼠的焦虑水平的改变,结果发现青少年时期长期吸烟和酗酒会引起成年的焦虑行为的增强[11]。另外,Aldina Venerosi, et al (2010) 通过Light-dark,Forced-Swimming检测了孕期暴露于有机磷农药毒死蜱的后代小鼠的情绪行为的改变,结果发现孕期暴露于有机磷农药毒死蜱只是增加了后代雌鼠的焦虑行为,未发现雄鼠有明显改变[12]。
3.3 社会行为 动物的社会行为就是指群居在一起的动物,相互影响,相互作用的表现形式。社会行为的表现直接受大脑的控制,大脑的发育受到影响,直接影响动物正常的社会行为的体现。Banafsheh, et al (2010) 通过Social recognition test 和 Social investigation test 检测了孕期暴露于多聚联苯(PCB)的后代大鼠的社会行为学的变化,结果发现严重损伤了后代大鼠的社会行为,而且发现这些行为学障碍缺陷与自闭症的典型特征相似。因此,PCB有可能是自闭症的风险因子[13]。
4. 行为学研究在环境毒理学研究领域的应用前景
以美国为首的“人类基因组计划”的DNA序列测定部分即将完成。而基因的DNA序列信息仅是基因资源开发的*步, 更重要的是基因的功能信息, 特别是与人类重大疾病和重要生理功能有关的基因信息, 有着巨大的应用与开发价值。一个以基因组功能研究为主要内容的功能基因组学 (Functional genomics) 时代即将到来。我国人类基因组研究近年来已取得重大的进展, 随着研究的深入, 建立大规模功能基因筛选系统已成为亟待解决的问题, 这对于使我国的人类基因组研究及时转入功能基因组研究阶段将发挥重要的作用。另一方面, 随着人类疾病基因的定位克隆, 也需要功能研究来验证。而基因功能方面的研究在国内开展还不多, 大部分是在细胞水平上的研究, 在动物整体和活体水平上开展这方面的研究工作就更为罕见[14]。 建立功能模型筛选基因功能用动物行为学作起点, 能从整体和活体动物的水平上全面观察基因的功能; 一旦发现行为学变化, 能比较有意义地指导进一步的机制研究。虽然其本身不是直接研究分子机制, 但能为将来的科学研究工作提出因果关系的基础。 实验动物学是动物学中的一个重要分支学科, 如能在基因功能研究方面发挥作用, 将成为连接动物学和遗传学、 神经生物学的桥梁。这种交叉又以动物行为学作为主要的研究方式, 将使古老的动物行为学研究方法加入崭新的内涵, 其研究方式也将增添大量现代化的内容, 不仅为神经系统新基因的功能研究提供了一个向纵深发展的新起点, 而且无疑对动物学的进一步发展也具有相当重大的意义[15]。 因此,行为学研究与毒理学结合的同时,再与功能基因筛选平台相交叉,会为我们毒理学研究的靶标寻找奠定坚实的基础。 |