你知道烏賊有三顆心臟嗎？它們的視力非常發(fā)達，可以看到身后的東西。除此之外，雄性烏賊為了更好勝過其它雄性，可以在身體的一側(cè)顯示雌性圖案，而另一側(cè)則顯示出雄性圖案[1]。烏賊是一種神奇的生物！
烏賊：聰明的動物
烏賊很聰明，它們能夠?qū)W習。當它們知道晚上會有人“供應”它們最喜歡的食物時，它們就會在白天少吃一些不那么美味的食物[2]。它們還能學會在看到獵物但無法接近獵物時停止追逐獵物[3]。
烏賊可以利用空間學習來解決迷宮問題以及區(qū)分垂直和水平線索等。烏賊的學習依賴于短期記憶和長期記憶。這兩種記憶的機制不同，保留的時間也不同。
烏賊在多個方面與脊椎動物相似，而且體型小巧。這使它們適合作為行為研究的模型。與脊椎動物一樣，它們也有中樞神經(jīng)系統(tǒng)和高度進化的視覺。因此，對它們記憶力的研究有助于推動對脊椎動物的研究。
捕食者-獵物研究自動化
杰西卡-鮑爾斯（Jessica Bowers）[3]和她的同事們使用了諾達思最初為斑馬魚開發(fā)的斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)，將其使用在對Sepia bandensis幼年烏賊的研究中。他們使用的定制孔板有六個相對較大的孔，每個孔代表一個單獨的烏賊活動區(qū)域（圖 1b）。每個區(qū)域的面積為 9.5 平方厘米。每個孔中都有一個微小的透明管，他們可以把烏賊最喜歡的獵物（蝦）放在里面。利用這種裝置，他們同時自動測量六條Sepia bandensis幼年烏賊對獵物的行為。
圖1.（a）斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)觀察箱的照片，帶紅外攝像頭（箭頭）。（b）從斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)觀察箱內(nèi)拍攝的定制孔板照片。每個孔的頂部都安裝了用于容納獵物（蝦）的透明管
為了評估烏賊的短期和長期記憶，研究者設計了一個無法接近的獵物（IP）學習范式。該范式包括訓練階段和保持階段。在訓練階段，21日齡的烏賊進行5次連續(xù)的10分鐘試驗，每次試驗之間有20分鐘的休息時間（如圖2）。
圖2.無法接近的獵物（IP）學習范式時間線示意圖。第一天，烏賊連續(xù)五次暴露在無法接近的獵物中（T1-T5）。每次訓練持續(xù)10分鐘，每次訓練之間有20分鐘的休息時間。如第一次訓練課程T1中的虛線所示，訓練分為兩個連續(xù)的5分鐘間隔(I1 and I2)，以評估短期記憶。訓練四天后，進行了一次為期10分鐘的保持測試（R），以評估長期記憶
本文的目的是確定三個捕食反應階段（注意、定位和攻擊）是否會因為烏賊學習無法接近的獵物（IP）實驗而發(fā)生變化。為此，使用動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)跟蹤烏賊的方位和整體移動。動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)使用中心點跟蹤來記錄每個個體在活動區(qū)域內(nèi)的總移動（圖3a）。通過比較連續(xù)幀中中心點的位置來生成烏賊的移動路徑（圖3b）。他們還使用了“頭尾”跟蹤，將跟蹤點放在動物的頭部和尾部，這樣就可以分析整個身體在場內(nèi)的方向和運動（圖3a 和b）。還使用不同的檢測設置來跟蹤每只獵物（蝦）的運動（圖3c）。
圖3.使用動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)設計的實驗裝置。其中，（a）代表對實驗區(qū)域中烏賊的檢測。紅色中心點標記（白色箭頭），同時還有頭部（黑色箭頭）。中心點的移動用于生成觀測對象數(shù)據(jù)，如移動的距離、速度、旋轉(zhuǎn)頻率和移動路徑。（b）代表烏賊身上獲得追蹤信息。移動的距離由紅線顯示。烏賊前部的方向由藍線顯示。（c）代表用于檢測獵物（蝦）的區(qū)域設置。橙色陰影表示實驗區(qū)域內(nèi)獵物（蝦）的區(qū)域。（d）代表烏賊實驗區(qū)域設置。每個實驗區(qū)域分為兩個區(qū)域。頂部區(qū)域（粉紅色）包含獵物（蝦）透明管；底部區(qū)域（黃色）是空區(qū)。
結(jié)果
研究結(jié)果表明，21日齡的烏賊具有短時記憶功能。在對烏賊從T1（第一次訓練）到 T5（最后一次訓練）之間攻擊次數(shù)進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)次數(shù)減少，說明在幾次試驗之間發(fā)生了學習行為（圖4a）。在T1和T5之間經(jīng)過了大約 2 小時，在訓練的T1和T5之間攻擊行為減少可能代表了烏賊長期記憶儲存的激活。
圖4.（a）每次訓練在INT 1和INT 2進行的攻擊。試驗分為兩個連續(xù)的5分鐘間隔，并計算每個間隔的擊打次數(shù)（INT 1=I1；INT 2=I2）。（b）T1、T5、保持階段（R）和未經(jīng)訓練的烏賊總攻擊次數(shù)
令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)烏賊對IP訓練的記憶可保持長達 4 天（圖4b）。與T1相比，烏賊在保持測試中的攻擊次數(shù)有所減少，但與T5相似（圖4b）。這表明，盡管從訓練到保持測試之間相隔了4天，烏賊并沒有恢復到原來的反應速度。與此同時，未經(jīng)訓練的烏賊的反應與T1相似，但與T5不同（圖4b）。
圖5.（a）烏賊面向獵物區(qū)和空區(qū)的總時間（SZ=獵物區(qū)；EZ=空區(qū)）。星號代表各階段數(shù)據(jù)匯總后，SZ和 EZ的持續(xù)時間存在顯著差異。（b）烏賊和獵物（蝦）每次測試的總移動量
烏賊花在獵物區(qū)的時間比空區(qū)多（圖5a）。面向獵物區(qū)的持續(xù)時間在不同時段之間沒有差異，面向空區(qū)的持續(xù)期也沒有差異（圖5a）。通過跟蹤烏賊的總運動，我們認為各階段的總運動量沒有差異（圖5b）。獵物（蝦）的總運動量在各階段之間也沒有差異（圖5b），因此我們不認為獵物運動會影響烏賊的運動量。
文章利用斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)對捕食行為研究發(fā)現(xiàn)，烏賊對無法捕獲的獵物的總運動量和方向都沒有因為學習而改變。這進一步表明，IP訓練選擇性地抑制了攻擊，而不是整個捕食過程。在試驗中，烏賊花在獵物身上的時間相同。雖然經(jīng)過訓練的烏賊攻擊的次數(shù)較少，但它們在獵物（蝦）周圍仍然很活躍。研究分析發(fā)現(xiàn)攻擊次數(shù)的減少是一種真正的學習效果，而不是反復訓練所產(chǎn)生的行為疲勞。如果烏賊因疲勞而停止攻擊，那么預計烏賊對獵物的定向和總的運動也會在各次訓練中減少。相反，文章發(fā)現(xiàn)烏賊抑制了攻擊階段，但類似的變化并沒有反映在注意力和定位階段。
總結(jié)
文章的研究表明，Sepia bandensis烏賊具有學習能力，當它們無法接觸到獵物時，它們會調(diào)整自己的捕食行為。文章作者發(fā)現(xiàn)，當獵物出現(xiàn)在透明管時，烏賊花在獵物區(qū)時間更長。它們?nèi)匀?/span>會朝向獵物，但逐漸停止用觸手攻擊獵物，因為它們發(fā)現(xiàn)自己無法捕捉到獵物。四天后，這些攻擊仍然很少。作者證明了這些小型的無脊椎動物是具有長期記憶的。
同時，本文使用的斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)使他們能夠分析僅靠直接觀察無法測量的行為。烏賊幼體的大小以及它們在早期發(fā)育階段就表現(xiàn)出許多成年行為的事實，使它們能夠使用斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)進行高通量行為研究。這一切都讓自動化監(jiān)測動物行為充滿了更多可能。
參考文獻
1.earth-matters/animals/blogs/5-amazing-facts-about-strange-beautiful-cuttlefish
2. Billard, Pauline, et al. "Cuttlefish show flexible and future-dependent foraging cognition." Biology Letters 16.2 (2020): 20190743.
3. Bowers, Jessica, et al. "Evidence of learning and memory in the juvenile dwarf cuttlefish Sepia bandensis." Learning & Behavior (2020).
關注諾達思公眾號，聯(lián)系我們獲取更多產(chǎn)品信息及學術文章！
