扎堆就能壯膽？我國科學家發現蝗蟲大軍的「集結令」

2020-08-17 知社學術圈

2020年春季以來，東非、西亞南亞，現在包括我國雲南省在內的多個地方都爆發了蝗蟲災害。為了對付這種破壞力極強的害蟲，科學家也在不斷的尋找更為有效而低成本的方法。

圖源：Nature


2020年以來，從非洲到南亞，沙漠蝗蟲災害侵襲全球多地。2020年7月，南亞國家印度再遭蝗災襲擊，部分城市進入警戒狀態。根據聯合國糧農組織的判斷，1平方公裡的蝗群1天能吃掉3.5萬人的口糧，蝗災有可能導致中東和南亞近2000萬人面臨糧食危機。開發成本更低、更加有效的防治蝗災方法迫在眉睫。


中科院動物研究所康樂院士團隊於8月12日發表在Nature的論文顯示，少量群居型蝗蟲聚集，就會釋放出一種獨特的化合物，並在野外吸引和聚集更多蝗蟲。該研究找到並驗證了動物學家長期尋找的蝗蟲群聚信息素。



很多地方平時也能見到蝗蟲，但是零散的蝗蟲看起來膽怯又遲鈍，如果沒有星光的庇護，它們便寧願憑藉單調的保護色潛伏在植株間一動不動，這些偏好獨居的蝗蟲甚至在同類靠近時也會羞澀地躲避，這顯然和那些在烈日下瘋狂合群的黃黑色（成熟）或粉色（未成熟）「死神」們截然不同。


國際著名昆蟲學家和蝗蟲學之父鮑裡斯·尤瓦洛夫在上世紀二十年代發現，飛蝗之所以能成災是因為蝗蟲可以從低密度的散居型轉變為高密度的群居型，群居型蝗蟲會大規模移動或遷飛從而導致更大範圍的蝗災發生。在這一發現之後，人們對蝗群如何形成提出了多種假說，分別有食物、繁殖地、性成熟、群集信息素、氣候等假說，但是究竟是哪一個因素起主要作用以及其中的奧秘和機理並沒有在科學上被揭示。


康樂院士團隊通過一系列行為實驗確定4-乙烯基苯甲醚對群居型和散居型飛蝗的不同發育階段和性別都有很強的吸引力。「當4~5頭散居型蝗蟲放到一塊的時候，就可以激發4-乙烯基苯甲醚的合成和產生。說明一個什麼問題呢？（4-乙烯基苯甲醚）是群居型特意釋放的，但是蝗蟲稍微聚集起來，3~4頭、4~5頭聚在一塊的時候，我們馬上就可以捕捉到化合物的釋放。那就說什麼呢？這就是群聚的奧秘。因為它自己一個卵蛋就有20多粒卵，一孵化出來四五個兄弟姐妹在一塊是經常的事情，所以這就是群聚的一個開始。」


康樂院士認為，這項研究將從多個方面改變人們控制蝗災的理念和方法：


  • 比如，利用人工合成的信息素可以在田間長期監測蝗蟲種群動態，為預測預報服務；
  • 利用人工合成的信息素可以設計誘集帶誘集蝗蟲，並在誘集帶集中使用化學農藥或生物製劑將其消滅，從而極大地減少化學農藥的使用；
  • 根據4VA的結構設計拮抗劑，阻止蝗蟲的聚集；
  • 嗅覺受體OR35的發現，為使用基因編輯技術建立4VA反應缺失的突變體成為可能，這種突變體長期釋放到野外就可能在重災區建立起不能群居的蝗蟲種群，既在野外維持了一定數量的蝗蟲，又達到可持續控制的目的，將環境保護與害蟲控制有機地結合起來。



在論文的一位匿名審稿人看來，「該研究旨在闡明4VA作為群居信息素在飛蝗群聚過程中的作用，是一項令人印象深刻的、高技術的、深入的研究。」。


而一位透明審稿人、美國洛克菲勒大學教授萊斯莉·沃斯霍爾則明確表示，「這項工作做出了令人興奮的發現，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的研究。」


「這是中國科學家為國際昆蟲學和蝗蟲防治做出的巨大貢獻，這是在經歷50年的漫長探索後，科學家們第一次真正確認了飛蝗的群聚信息素。」聯合國糧農組織植物生產與保護司司長夏敬源在賀信中表示，「4VA發現將大大提高蝗災的預測和控制水平，為人們開發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」。

參考文獻：

1.https://www.nature.com/articles/s41586-020-2610-4

2.https://daily.zhihu.com/story/9720316

3.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1674914286643395176&wfr=spider&for=pc

4.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1675072589341588881&wfr=spider&for=pc

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