蝗蟲如何聚群成災？臭味相投！

　　經濟日報·中國經濟網記者 沈 慧

　　當黑壓壓的蝗蟲鋪天蓋地般襲來，到底有多可怕？根據聯合國糧農(nong) 組織的判斷，1平方公裏蝗群1天能吃掉3.5萬(wan) 人的口糧。這些“吃糧不眨眼”的蝗蟲是如何聚群成災的？一起聽聽專(zhuan) 家怎麽(me) 說。

　　近日，中國科學院動物研究所康樂(le) 院士團隊在國際頂級期刊《自然》發表研究成果，揭示了飛蝗“群體(ti) 作惡”的奧秘：從(cong) 三三兩(liang) 兩(liang) 散居的飛蝗到成千上萬(wan) 隻大規模聚集的蝗群，習(xi) 慣獨處的飛蝗之所以放棄“自由生活”，是因為(wei) 一種來自群居型飛蝗特異性揮發的氣味。這種氣味中含有一種釋放量低但生物活性非常高的化合物，名為(wei) 4-vinylanisole(4VA，4-乙烯基苯甲醚)，它能夠響應飛蝗種群密度變化，隨著種群密度增加而增加。受其“蠱惑”，“欲罷不能”的飛蝗開始成群結隊聚集，最終釀成毀滅性蝗災。

　　“這些發現使我們(men) 第一次真正認識到蝗蟲的群聚信息素。這不僅(jin) 可以被應用到基礎研究中，也非常有希望應用於(yu) 野外蝗蟲治理。”德國馬普化學生態研究所所長比爾漢森表示。

　　不可忽視的蝗災危害

　　小小蝗蟲雖其貌不揚，若數以億(yi) 計聚到一起，破壞力卻是災難性的。蝗災、旱災、洪災是我國曆史上三大自然災害。近2000多年曆史記載顯示，我國發生過大規模蝗災800多次。

　　與(yu) 主要襲擾我國的飛蝗不同，沙漠蝗雖然僅(jin) 僅(jin) 分布在非洲、中東(dong) 、南歐與(yu) 南亞(ya) 地區，但有關(guan) 其危害的記載可追溯到5000多年前。2019年到2020年6月，沙漠蝗的爆發從(cong) 非洲之角蔓延到20多個(ge) 國家和地區。聯合國糧農(nong) 組織判斷，沙漠蝗蝗災波及區域達26萬(wan) 多公頃，規模為(wei) 25年一遇，沿途1190萬(wan) 人的糧食供應受到直接威脅。

　　蝗災與(yu) 人類發展曆史長期相伴，然而，我們(men) 對蝗災成因的科學認識不足百年。國際著名昆蟲學家和蝗蟲學之父尤瓦洛夫發現，飛蝗之所以成災，是因為(wei) 蝗蟲能從(cong) 低密度散居型轉變為(wei) 高密度群居型——因在蝗蟲研究方麵的傑出貢獻，他被英國皇家授予爵士頭銜。而在尤瓦洛夫提出蝗蟲型變理論之前，人們(men) 一度認為(wei) 散居型和群居型蝗蟲是兩(liang) 個(ge) 不同物種。散居型蝗蟲因密度較低，不發生遷飛，一般認為(wei) 無害；群居型蝗蟲一旦形成，則會(hui) 導致蝗災發生。

　　可是，喜歡獨居的蝗蟲是如何形成蝗群的，這其中發揮關(guan) 鍵作用的又是什麽(me) ？近80年來，科學家們(men) 對此提出了許多假說，比如食物、繁殖地、性成熟、群集信息素、氣候等。但是，究竟是哪一個(ge) 因素起主要作用，其中的奧秘和機理又是什麽(me) ？無人知曉。

　　向著未知前進。上世紀70年代，科學家們(men) 逐步認識到群聚信息素可能是蝗蟲聚集的最關(guan) 鍵因素。此後，經過科學家們(men) 50多年不斷努力，有幾種化合物被認為(wei) 可能是蝗蟲的群聚信息素，被命名為(wei) 蝗醇、蝗酚等。然而，這些化合物中沒有一個(ge) 能符合群聚信息素所有標準，比如有的在實驗室有效，但在野外種群驗證時無效；有的對雌性蝗蟲有效，但對雄性蝗蟲無效。

　　“一個(ge) 合格的群聚信息素應當沒有性別偏好、不分大小和年齡。”康樂(le) 強調。

　　鑒定發現蝗災“罪魁禍首”

　　那麽(me) ，蝗蟲們(men) 群聚成災的真相是什麽(me) ？2004年，康樂(le) 團隊開始了蝗蟲型變基因表達調控與(yu) 表觀遺傳(chuan) 調控的分子機理研究。如今，研究團隊發現了一種誘惑蝗蟲破壞性集群的關(guan) 鍵化學物質。

　　通過分析群居型飛蝗與(yu) 散居型飛蝗體(ti) 表和糞便揮發物，研究團隊在35種化合物中鑒定到一種化學信息素——4-乙烯基苯甲醚，並通過一係列行為(wei) 實驗確定其無論對群居型飛蝗還是散居型飛蝗、雌性飛蝗還是雄性飛蝗、飛蝗幼蟲還是飛蝗成蟲，均具有很強吸引力，且能夠響應蝗蟲種群密度變化，隨著種群密度增加而增加。

　　更有趣的是，科學家們(men) 還發現，僅(jin) 需4隻至5隻散居飛蝗聚集，這種群聚信息素便可產(chan) 生和釋放，繼而促進形成巨大蝗蟲群。

　　在上述研究基礎上，研究人員在飛蝗觸角上的4種主要感器類型中，發現了4VA特異引起錐形感器的反應。在蝗蟲上百個(ge) 嗅覺受體(ti) 中，定位在錐形感器中的嗅覺受體(ti) OR35是4VA特異性受體(ti) 。當使用基因編輯技術敲除OR35後，飛蝗突變體(ti) 觸角與(yu) 錐形感器神經電生理反應顯著降低，突變體(ti) 也對4VA的響應行為(wei) 和吸引力喪(sang) 失。

　　那麽(me) ，4VA在戶外和自然環境中能吸引與(yu) 聚集蝗蟲嗎？研究人員通過室外草地雙選與(yu) 誘捕實驗證明，4VA對實驗室種群在戶外具有很強吸引力。進而，他們(men) 在天津北大港大範圍實驗，再一次證明4VA不僅(jin) 能吸引野外種群，且不受自然環境中蝗蟲背景密度影響。

　　“本研究首次從(cong) 化學分析、行為(wei) 驗證、神經電生理記錄、嗅覺受體(ti) 鑒定、基因敲除和野外驗證等多層麵，對飛蝗群居信息素開展全麵充分鑒定和驗證，發現和確立了4VA才是飛蝗群聚信息素。”在康樂(le) 看來，本研究將化學生態學研究提高到一個(ge) 新階段，是昆蟲學研究的一個(ge) 重要突破。

　　綠色可持續防控成為(wei) 可能

　　長期以來，人們(men) 對蝗災的防治主要依賴化學殺蟲劑大規模噴施，會(hui) 對食品安全、生態係統和人類健康產(chan) 生巨大負麵影響。這項最新研究不僅(jin) 揭示蝗蟲群居的奧秘，更重要的是，使蝗蟲綠色、可持續防控成為(wei) 可能。

　　康樂(le) 認為(wei) ，這項研究將從(cong) 多方麵改變人們(men) 控製蝗災的理念和方法，比如利用人工合成信息素可在田間長期監測蝗蟲種群動態，為(wei) 預測預報服務；利用人工合成信息素可設計誘集帶誘集蝗蟲，並在誘集帶集中使用化學農(nong) 藥或生物製劑將其消滅，從(cong) 而極大減少化學農(nong) 藥使用；根據4VA的結構設計拮抗劑，阻止蝗蟲聚集；嗅覺受體(ti) OR35的發現，為(wei) 使用基因編輯技術建立4VA反應缺失突變體(ti) 成為(wei) 可能。一旦這種突變體(ti) 長期釋放到野外，就可能在重災區建立起無法群居的蝗蟲種群，既維持了蝗蟲一定數量，又可持續控製，將環境保護與(yu) 害蟲控製有機結合起來。

　　“因此，4VA與(yu) 其受體(ti) 的發現，將極大改變防治蝗蟲對策和技術。”康樂(le) 表示。

　　“這項工作做出了令人興(xing) 奮的發現，找到了一個(ge) 人們(men) 長期尋找的蝗蟲群聚信息素分子，文章包含了令人吃驚的多個(ge) 層次研究。”美國洛克菲勒大學教授萊斯莉·沃斯霍爾明確表示。

　　“這是中國科學家為(wei) 國際昆蟲學與(yu) 蝗蟲防治作出的巨大貢獻。這是在經曆50年探索後，科學家們(men) 第一次真正確認了飛蝗的群聚信息素。”聯合國糧農(nong) 組織植物生產(chan) 與(yu) 保護司司長夏敬源在賀信中表示，“4VA的發現將大大提高蝗災的預測和控製水平，為(wei) 人們(men) 開發新的蝗災控製方法提供重要線索。同時，該研究也為(wei) 沙漠蝗的研究和控製提供了重要參考。”