Ontogenetic variation in phototactic responses of juvenile chum salmon (Oncorhynchus keta) under different light intensities

生活在河流中的鱼类面临着一个持续的挑战：如何在经常被人工结构阻断的世界中安全移动。用于蓄水发电或灌溉的大坝和堰，就像墙壁一样阻挡了鱼类向上游游动。为了帮助它们通过，工程师们建造了被称为“鱼道”的特殊通道。然而，虽然这些通道有助于鱼类向上游移动，但向下游的过程往往更加危险。那些向涡轮机输送水的巨大管道就像巨大的吸尘器，会将幼鱼吸入并导致其死亡。为了解决这个问题，科学家们一直在探索是否可以用光来引导这些幼鱼远离危险。包括鱼类在内的许多动物都有一种对光的本能反应，称为趋光性（phototaxis）。这仅仅是指向光源游动或远离光源游动的倾向。几十年来，研究人员一直想知道是否可以利用这种本能将幼小的鲑鱼从危险的进水口引导至安全的出口，但答案很大程度上取决于鱼类如何对不同的亮度做出反应，以及它们的行为如何随着从微小的稚鱼成长为较大的幼鱼而改变。

在最近的一项研究中，研究员松田启志（Keishi Matsuda）旨在测试幼年斑点鲑（一种对日本渔业至关重要的物种）究竟是如何对光做出反应的。目标是观察这些鱼在释放到野外时的尺寸大小，是否会游向白光或避开白光，以及这种行为是否随着它们的成长而改变。实验是在日高（Nikko）的一个研究站的一个受控室内水箱中进行的。该水箱被设计用来模拟具有平缓流动的河流，且墙壁经过遮盖以阻挡任何外界光线。在水箱内部，研究员在其中一端放置了一组白色 LED 灯。随后，他将一百条幼年鲑鱼引入水箱，每条鱼大约有手指那么长。这些鱼尚未完全长大；它们正处于自然开始向海洋下游迁徙之前的阶段。

研究员并不仅仅是简单地开启或关闭灯光。相反，他创造了一个精细的亮度序列，从全黑开始，逐渐增加强度，直到达到远比普通房间明亮的水平。鱼类被允许自由游动，并通过摄像机记录它们的去向。团队统计了在每个亮度水平下聚集在灯光附近的鱼的数量。他们将这些结果与之前的一项研究数据进行了对比，那项研究使用了完全相同的方法，但对象是稍大一些的、被称为“银鲑”（smolts）的成年鲑鱼。这使得能够直接比较它们在生命早期两个不同阶段的行为。

结果显示，鱼类并不是简单地直线游向光或远离光。相反，它们的反应取决于光的亮度。当光线较暗时，幼年鲑鱼倾向于靠近光源，表现出轻微的吸引力。随着光线变亮，聚集在灯光附近的鱼越来越多，并在达到一个峰值时，观测到最多的鱼位于照明区域。然而，一旦光线变得非常明亮——特别是当亮度超过约 1,000 勒克斯（lux，约等于阴天或光线充足的办公室的强度）时，行为发生了逆转。鱼类开始避开光线，游向黑暗的部分。这种模式在微小的稚鱼和较大的银鲑身上都成立。虽然年长的鱼通常比年幼的鱼表现出稍微更强的聚集在灯光附近的倾向，但两组鱼的整体反应形态是相同的。

这一发现表明，避开强光的本能早在斑点鲑生命的极早期就已经存在，远在它们准备向海洋迁徙之前。研究表明，这些幼鱼很可能是为了躲避捕食者或留在河流中更安全、更黑暗的部分，从而避开强光照射的区域。这项研究也明确了一个对于保护工作的实际局限性。由于鱼类在可能用于引导它们的低强度光线下并不表现出强烈的对白光的吸引力，因此使用此类灯光将幼鱼引向安全出口的方法可能效果不佳。然而，研究表明，极亮的白光可以用作另一种目的：将鱼类远离危险的进水管。通过创造一个高强度的明亮区域，管理者或许能够威慑住无论是稚鱼还是银鲑，防止它们进入可能造成伤害的机械装置。

由于研究是在水箱中进行的，因此并未考虑到真实河流中复杂的电流、阴影或捕食者的存在。此外，它也只测试了白光，因此不同颜色的光是否会有不同的影响仍是一个开放性的问题。尽管如此，结果为我们描绘了这些鱼类感知世界的清晰图景。它们展示了斑点鲑的行为并非简单的“寻求”或“回避”光的开关，而是一种在中间水平达到顶峰、并在光照过强时转为回避的微妙反应。这种理解有助于科学家和工程师设计更好的系统，以保护这些鱼类在它们的青少年时期穿越河流。