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发布日期:2015-12-24
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社会实践:海水酸化对海水鱼神经元膜上GABA受体的影响

从项目申请到项目开始到现在,时间已经过去了半个年头,一路走来有辛酸,更多的是收获,是一些从未有过的人生体验。今天的项目总结既是对本次实验项目的总结,也是对自己这半年来实验经历的回顾和对之后实验实施的指导。

本次试验项目是海洋酸化对海水鱼神经系统的影响。海洋酸化即海水由于吸收了空气中过量的二氧化碳,导致酸碱度降低的现象。酸碱度一般用pH来表示,范围为0-14pH0时代表酸性最强,pH14代表碱性最强。蒸馏水的pH7,代表中性。海水应为弱碱性,海洋表层水的pH约为8.2。当空气中过量的二氧化碳进入海洋中时,海洋就会酸化。科学研究表明,由于人类行为造成CO2溶解的增多,海洋的平均表面PH值急剧降低,给海洋生物造成了极大的忧患。由于燃烧化石原料产生的大量的CO2被海洋吸收,海洋的平均PH值已经减少了大约0.1PH,这代表了H+30%的增加。这些史无前例的海洋Pco2ph水平的变化被预测会严重影响海洋生物。据统计,钙化的浮游植物和例如珊瑚虫和软体动物的无脊椎动物已经受到海水酸化对碳酸盐的严重影响。

对于海洋生物来说,pH值作为重要的理化因子,其重要性与温度以及盐度等的重要性相类似。人为造成的酸化改变了水生生态系统的结构与功能,其对鱼类最重要的影响是干扰其嗅觉及化学信号感受能力,而这两种能力对鱼的行为决策有重要影响,包括其捕食,躲避敌害,求偶,迁徙,栖息地选择及群内交流,尤其在复杂,混浊或昏暗的环境中。水体酸化对淡水与海水鱼所造成的行为影响表现相似,但其潜在机制大不相同。海水在酸化后仍保持碱性,高浓度CO2对海水鱼大脑中神经递质的干扰是影响其行为的主因。

引起其行为变化的主要原因是海水鱼神经系统(包括中枢神经系统,外周神经系统和植物性神经系统)中基底神经节核团红主要的具有抑制性效应的神经递质GABA。γ-氨基丁酸(简称GABA)是一种天然存在的非蛋白质氨基酸,约30%的中枢神经突触部位以GABA为递质。当神经冲动产生时,GABA-A受体造成Cl-内流,导致超极化。然而,在哺乳动物的脑神经系统中,当出现不正常的情况,比如癫病,他们的离子通道将会反转,导致细胞内的Cl-或者HCO3-外流。这是GABA-A受体导致的去极化和细胞亢奋。然而,在对于小丑鱼的试验中,经过gabazine处理后大多行为恢复正常。哺乳动物中GABA-A受体的离子通道Cl-的渗透性高于HCO3-五倍,所以胞外Cl-骤降将会对GABA-A手提的离子通量产生重大影响。然而,海水鱼中GABA-A受体阴离子电导量的选择我们迄今还不知道。

“海水酸化对海水鱼神经元膜上GABA受体的影响”这个课题是我们阅读了部分国内外文献,发现的一个有兴趣而且尚未解决的问题。如果人类能够成功的认识到海水酸化对海水鱼的改变内在机制,能够从分子生物学方面来系统的解决由于外环境的改变造成的生物稳态改变,对于将来海洋环境的进一步恶化做到未雨绸缪,防范于未然,也可以及时的遏制海洋生物的群体疾病,对于海洋鱼病理学也有着重要的意义。

  

当然,国外已经有类似的研究,但是我们的研究还是有本质区别的。《nature》杂志上有一篇文章讲到海水酸化对小丑鱼的影响,有提到内部机制,认为是gabaa受体的改变影响到了小丑鱼神经中枢中Cl-的内流外流情况。我们的主要研究点就在于详细的搞明白它们的作用机制,在微观层面上解释其作用原理。

我们这个课题主要研究海水青鳉鱼在海水酸化过程中行为变化的原因,主要在微观神经系统和细胞层面来进一步探索其反应机理。我们会利用免疫组化来探究正常青鳉鱼和在海水酸化环境中生存的青鱂仔稚鱼其接受神经冲动过程中GABA受体和神经元膜内外Cl-的变化情况。小组成员跟随指导教师学习免疫组化的具体操作方法,为此次的课题研究打下良好的基础。同时,为了更加直观的观测酸性离子在神经元的交换作用,我们还会通过查阅资料和导师指导来学习Cl-探针的使用方法,使海水酸化对青鳉鱼甚至海水鱼神经的影响逐步明朗化,具象化。

实验方法:饲养青鳉仔稚鱼到一定阶段(未成年),将同一发育时期的仔鱼分别放入处理组和对照,处理组是不同水平的酸化海水,对照组是正常海水。养殖四天后,然后取等条数仔稚鱼,作大脑冷冻切片,利用免疫组化方法研究脑内GABA受体的分布和数量。

通过半年的预实验和正规实验,我们很明确的发现了GABA受体的信号,有明显的荧光标记出现,为了确定预实验结果,导师还特意订购新试剂,以确定我们之前的实验结果是真实可靠的。后来的酸化鱼实验还在进行中,目前并没有出现令人满意的实验结果。

身为生物技术专业的我们来说,在自身具备的知识技能方面:掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识,了解普通生物学、生物化学、分子生物学等方面的基本理论、基本知识和基本实验技能,以及生物技术专业及相近专业的一般原理和知识,涉及阅读过和生物技术相关的理论前沿、应用前景和最新发展动态的专业论文;与此同时,从个人素质的角度出发,身体素质方面良好;文化素养方面专业水平成绩优良、专业知识水平深厚,有较为广博的课外知识以及深厚的文化积累;人格和道德品质方面始终如一做到诚信为本,乐于奉献,“不为利回,不为义疚”;最后在性格方面拥有坚韧不拔的毅力,积极进取的精神,脚踏实地的信念,秉持开拓创新的科学精神。

能力方面较为突出的便是团队合作能力、创新能力以及学习适应能力。首先我们认为优秀的团队合作能力不仅可以调动团队成员的所有资源和才智,并且会自动地驱除所有不和谐和不公正现象,同时能通过建立人际互赖关系,通过别人的帮助,来弥补自身的不足共同进步,在共同研究探索方面显得尤为重要。其次,作为专业知识不及老师、研究者的大学生的我们来说,所遇到的专业知识技能中难免有初次尝试的部分,良好的学习适应能力却能在进行科学研究遇到这种问题上提供较好的帮助,相辅相成;最后是科学创新中最重要的创新能力,创新精神是研究人员本身或是集体具备的创造力、创作灵感、奉献精神等最高思想境界。

谈及特长和兴趣这两点都和我们所学的专业有关,作为生物技术专业的学生,我们有着良好的动手能力和实际操作能力;而在兴趣上乐于观察研究讨论身边的生物现象、生态环境亦或是身边随意经过的昆虫,正是有着兴趣作为催化剂和助燃剂,我们在科学创新研究上才有着更大的热情和动力。

海洋酸化是重要的海洋生态问题,引起了国内外研究者极大的关注。目前国内在海洋酸化对鱼类影响的关注度不高,对其影响机制更是缺乏研究。海洋酸化对鱼类感觉和行为的影响机制未知,酸化可能对GABA受体有影响也只是推测,没有实验证据,本课题尝试利用组化方法直接观察酸化对青鳉鱼中枢GABA受体的影响。而海水鱼有良好的体内酸碱平衡调节机制,但是海水酸化的不断加重也可能导致其在各种行为方式和适应性的改变,目前的大多科研项目结果是对其表象的探究,我们将通过实验表象,来进行进一步实质的发现。

通过这次实验项目,我学习了心脏灌流,鱼脑解剖,振动切片等一系列实验技术,学习了荧光显微镜的使用方法。当然实验过程中也出现过很多错误,无论是否是无心之失,都应该总结教训,在以后的科研道路上慎行,为取得令人满意的实验结果打下良好的基础。