蝗蟲如何聚群成災？臭味相投！

　　經(jīng)濟日報·中國經(jīng)濟網(wǎng)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(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的判斷，1平方公里蝗群1天能吃掉3.5萬人的口糧。這些“吃糧不眨眼”的蝗蟲是如何聚群成災的？一起聽聽專家怎么說。

　　近日，中國科學院動物研究所康樂院士團隊在國際頂級期刊《自然》發(fā)表研究成果，揭示了飛蝗“群體作惡”的奧秘：從三三兩兩散居的飛蝗到成千上萬只大規(guī)模聚集的蝗群，習慣獨處的飛蝗之所以放棄“自由生活”，是因為一種來自群居型飛蝗特異性揮發(fā)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(jié)隊聚集，最終釀成毀滅性蝗災。

　　“這些發(fā)現(xiàn)使我們第一次真正認識到蝗蟲的群聚信息素。這不僅可以被應用到基礎研究中，也非常有希望應用于野外蝗蟲治理。”德國馬普化學生態(tài)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(shù)以億計聚到一起，破壞力卻是災難性的。蝗災、旱災、洪災是我國歷史上三大自然災害。近2000多年歷史記載顯示，我國發(fā)生過大規(guī)模蝗災800多次。

　　與主要襲擾我國的飛蝗不同，沙漠蝗雖然僅僅分布在非洲、中東、南歐與南亞地區(qū)，但有關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(fā)從非洲之角蔓延到20多個國家和地區(qū)。聯(lián)合國糧農(nóng)組織判斷，沙漠蝗蝗災波及區(qū)域達26萬多公頃，規(guī)模為25年一遇，沿途1190萬人的糧食供應受到直接威脅。

　　蝗災與人類發(fā)展歷史長期相伴，然而，我們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(fā)現(xiàn)，飛蝗之所以成災，是因為蝗蟲能從低密度散居型轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏热壕有汀蛟诨认x研究方面的杰出貢獻，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，人們一度認為散居型和群居型蝗蟲是兩個不同物種。散居型蝗蟲因密度較低，不發(fā)生遷飛，一般認為無害；群居型蝗蟲一旦形成，則會導致蝗災發(fā)生。

　　可是，喜歡獨居的蝗蟲是如何形成蝗群的，這其中發(fā)揮關鍵作用的又是什么？近80年來，科學家們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，究竟是哪一個因素起主要作用，其中的奧秘和機理又是什么？無人知曉。

　　向著未知前進。上世紀70年代，科學家們逐步認識到群聚信息素可能是蝗蟲聚集的最關鍵因素。此后，經(jīng)過科學家們50多年不斷努力，有幾種化合物被認為可能是蝗蟲的群聚信息素，被命名為蝗醇、蝗酚等。然而，這些化合物中沒有一個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。”康樂強調(diào)。

　　鑒定發(fā)現(xiàn)蝗災“罪魁禍首”

　　那么，蝗蟲們?nèi)壕鄢蔀牡恼嫦嗍鞘裁矗?004年，康樂團隊開始了蝗蟲型變基因表達調(diào)控與表觀遺傳調(diào)控的分子機理研究。如今，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種誘惑蝗蟲破壞性集群的關鍵化學物質(zhì)。

　　通過分析群居型飛蝗與散居型飛蝗體表和糞便揮發(fā)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，并通過一系列行為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，科學家們還發(fā)現(xiàn)，僅需4只至5只散居飛蝗聚集，這種群聚信息素便可產(chǎn)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(fā)現(xiàn)了4VA特異引起錐形感器的反應。在蝗蟲上百個嗅覺受體中，定位在錐形感器中的嗅覺受體OR35是4VA特異性受體。當使用基因編輯技術敲除OR35后，飛蝗突變體觸角與錐形感器神經(jīng)電生理反應顯著降低，突變體也對4VA的響應行為和吸引力喪失。

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

　　“本研究首次從化學分析、行為驗證、神經(jīng)電生理記錄、嗅覺受體鑒定、基因敲除和野外驗證等多層面，對飛蝗群居信息素開展全面充分鑒定和驗證，發(fā)現(xiàn)和確立了4VA才是飛蝗群聚信息素。”在康樂看來，本研究將化學生態(tài)學研究提高到一個新階段，是昆蟲學研究的一個重要突破。

　　綠色可持續(xù)防控成為可能

　　長期以來，人們對蝗災的防治主要依賴化學殺蟲劑大規(guī)模噴施，會對食品安全、生態(tài)系統(tǒng)和人類健康產(chǎn)生巨大負面影響。這項最新研究不僅揭示蝗蟲群居的奧秘，更重要的是，使蝗蟲綠色、可持續(xù)防控成為可能。

　　康樂認為，這項研究將從多方面改變?nèi)藗兛刂苹葹牡睦砟詈头椒ǎ热缋萌斯ず铣尚畔⑺乜稍谔镩g長期監(jiān)測蝗蟲種群動態(tài)，為預測預報服務；利用人工合成信息素可設計誘集帶誘集蝗蟲，并在誘集帶集中使用化學農(nóng)藥或生物制劑將其消滅，從而極大減少化學農(nóng)藥使用；根據(jù)4VA的結(jié)構(gòu)設計拮抗劑，阻止蝗蟲聚集；嗅覺受體OR35的發(fā)現(xiàn)，為使用基因編輯技術建立4VA反應缺失突變體成為可能。一旦這種突變體長期釋放到野外，就可能在重災區(qū)建立起無法群居的蝗蟲種群，既維持了蝗蟲一定數(shù)量，又可持續(xù)控制，將環(huán)境保護與害蟲控制有機結(jié)合起來。

　　“因此，4VA與其受體的發(fā)現(xiàn)，將極大改變防治蝗蟲對策和技術。”康樂表示。

　　“這項工作做出了令人興奮的發(fā)現(xiàn)，找到了一個人們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。

　　“這是中國科學家為國際昆蟲學與蝗蟲防治作出的巨大貢獻。這是在經(jīng)歷50年探索后，科學家們第一次真正確認了飛蝗的群聚信息素。”聯(lián)合國糧農(nóng)組織植物生產(chǎn)與保護司司長夏敬源在賀信中表示，“4VA的發(fā)現(xiàn)將大大提高蝗災的預測和控制水平，為人們開發(fā)新的蝗災控制方法提供重要線索。同時，該研究也為沙漠蝗的研究和控制提供了重要參考。”