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蝗(虫)(缘)何(聚)群成灾?最新研究:“臭(味)相投”……

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  当黑压压(的)蝗(虫)铺天盖地般(袭)(来),到底(有)多可怕?(根)据(联)合国(粮)农组织的(判)断,1平方公(里)(的)(蝗)(群)1天(能)(吃)(掉)3.5万人(的)口(粮)。

  (这)些吃(粮)(不)眨眼的蝗(虫)是(如)何聚群成(灾)的?

  8月12日,中科院动物研究所康乐院士团队(在)《自(然)》(发)表的一项研究成(果),揭(示)了飞蝗“(群)体作恶”(的)奥秘:

  从三三两两(散)(居)的飞蝗到成(千)上万只大规模聚集(的)蝗群,习惯独(处)的(飞)(蝗)之所以放弃“(自)由生活”,是因为(一)种来自群居型飞(蝗)特(异)性挥发的气味。

  (这)(种)气味中含(有)一种释(放)量低但生(物)活性非(常)高(的)化合物,名(为)4-vinylanisole(4VA,4-(乙)烯基(苯)甲醚),(它)(能)够响(应)飞蝗种群密(度)的变化,随着(种)群(密)度的增加而增(加)。受其“蛊惑”,“欲(罢)不能”的(飞)蝗开始成群结队地聚(集),(最)终酿成毁(灭)性的(蝗)灾。

  “这些(结)(果)使我(们)(第)一(次)真正认识到蝗虫的群聚信息(素)。这些发现(不)仅(可)(以)被应用到基础研究中,同时(也)非(常)(有)(希)望应用(于)野(外)蝗(虫)的治理上。”德国马(普)化(学)生态研究所所(长)比尔(汉)森表示。

  不(可)忽视的蝗灾危害

  小小的蝗(虫)虽然其貌不扬,但若数(以)亿计的蝗(虫)们(聚)到一起,其(破)(坏)(力)却是灾(难)性的。

  蝗灾、旱灾、(洪)灾,这(是)(我)国历史上的三大(自)(然)灾(害),我国近2000多年的历史记(载)显示,大规(模)(的)蝗灾(发)生过800多次。

  与主要袭扰我国的飞(蝗)不同,沙漠蝗虽然(仅)仅分布在非洲、中东、南欧(和)南亚地区,但有(关)其危害的记(载)可(以)(追)溯(到)5000多年(以)(前)。

  从2019(年)(到)2020年6月,沙漠蝗(的)爆(发)从非洲之角蔓延到20(多)(个)(国)(家)和地区。(联)合国粮农组织(判)断,沙漠蝗蝗灾波及区(域)达26万多公(顷),规模为25年(一)(遇),沿途1190万人的粮食供应受(到)直(接)威胁。

  尽(管)蝗灾(与)人类发展历史长(期)相伴,然(而)我(们)(对)蝗灾成因(的)科学认(识)(不)(足)百年。

  国(际)(著)名(昆)虫(学)家(和)蝗虫学之父尤瓦洛(夫)发现,飞蝗之所以能成灾(是)因为蝗(虫)可以从低密度的散居(型)(转)变为高密(度)的(群)(居)型,(他)因在蝗虫研究方面的杰出贡献,被英国皇家授予爵士头衔。

  在尤(瓦)洛夫(提)出蝗虫(型)变(理)(论)之前,人们(认)为散居和群居蝗虫(是)两个不同的物种。散(居)(型)蝗(虫)因(密)度(较)(低),不发生迁(飞),一般认为无害,而(群)居(型)蝗(虫)一(旦)形成就会导致蝗灾(发)(生)。

  可是喜欢独居(的)(蝗)虫是如(何)形成蝗(群)(的),这其中发(挥)关键作(用)的又是什么?

  (近)80(年)(来),(对)(于)(蝗)群如(何)(形)成,科学家(们)提出(了)许多假说,比(如)(食)(物)、繁殖地、性成熟、群集(信)息素、(气)候等假说。

  (但)是,究竟是哪一个因素起主要作用,其(中)的(奥)秘(和)(机)理又是(什)么?无人(知)(晓)。

  (向)着(未)知前进,上世(纪)(七)十年代,科(学)(家)(们)逐(步)认识到群聚信息素(可)(能)是蝗虫(能)够聚集(的)最关键因素。

  此后,经过50(多)年几(代)(科)学(家)的不断(努)力,有(几)种化合物被(认)为可能是(蝗)(虫)的群聚信息素,这些(信)(息)(素)被命名为(蝗)醇、蝗(酚)等。

  (然)而,这些化(合)物(中)没有一个(化)(合)物能(符)(合)群聚信息素的所(有)(标)准,比(如)有的(在)实验室(有)(效)(但)在(野)外进行(种)群验证时没效,(有)的对雌性蝗虫(有)效但对雄性(蝗)虫无效。

  “(一)个(合)格的群(聚)信(息)(素)应当没(有)性(别)(偏)好、(不)(分)大小和年龄的。”(康)乐强调。

  鉴(定)发现蝗灾“罪魁(祸)(首)”4VA

  那么,(蝗)虫(们)群聚成灾的(真)相(是)什么?

  2004年,(康)乐团队(开)始了(蝗)(虫)型变基因(表)达调控(和)表(观)遗传调控的分子机理研究。

  16年磨一剑,(如)今研究(团)(队)发现(了)一种诱惑蝗(虫)破坏性集群(的)(关)(键)化学物(质)。

  通(过)分析(群)居型飞蝗和(散)居型飞(蝗)的体表(和)粪(便)挥发(物),研(究)(团)(队)在35种化(合)物中鉴定到了一种化学(信)息素——4-乙烯(基)(苯)甲(醚)。

  (并)通过一系列行为实验确定了其,(无)论是对群(居)型飞蝗还是(散)居型飞蝗、(雌)性飞蝗(还)是雄(性)(飞)蝗、飞蝗幼虫还是飞蝗成虫,都具有(很)(强)(的)吸引力,而且能够响应蝗虫种群(密)度的(变)(化),随着种群密度增加而增加。

  更(有)趣(的)(是),科学家们(还)发现仅需4-5只散居(飞)(蝗)聚集,这(种)群聚(信)(息)素便可产生和(释)放,(继)(而)促进形(成)巨大(的)蝗虫群。

  在(上)述研究的基础(上),研究(人)员在(飞)蝗触角上的四(种)主要感器(类)型中,发现(了)4VA特(异)引(起)锥(形)感(器)的(反)应。

  在(蝗)虫的上(百)个嗅觉(受)体中,他们发(现)定位在(锥)形(感)(器)(中)的(嗅)觉(受)体OR35是4VA的特异性受(体)。当使(用)(基)(因)编辑技(术)CRISPR/Cas9敲(除)OR35后,(飞)蝗突变体(的)触角与锥形(感)(器)神经(电)生理反应显著(降)低,(突)(变)体(也)对4VA的响应(行)为和(吸)引力丧(失)。

  那么4VA(在)户外和(自)然环境(中)能(够)吸引和聚集蝗虫吗?

  研(究)(人)员将(含)有4VA的(诱)芯布置在田间,通(过)室外(草)地双(选)(和)诱(捕)实验证明4VA(对)(实)验室种群(在)(户)外具有很(强)的(吸)引力。

  (进)而,(他)们将(诱)芯(直)(接)布(局)(到)蝗虫(野)外(发)生区天(津)北大港,大范围的区(块)实验再一次证明4VA不仅(能)(吸)引(野)(外)种群,(而)且不(受)自然(环)境中蝗虫背景密(度)的(影)响。

  “本研究首次从(化)学(分)析、行为(验)证、神经(电)(生)理记录、嗅觉受体鉴(定)、(基)因敲(除)和野外验证等(多)(个)(层)面,对飞(蝗)(群)(居)信息素(进)(行)(了)全(面)而充(分)(的)鉴(定)(和)(验)(证),发现和确立(了)4VA是(飞)蝗群聚信息素,(而)(过)去报道已(知)的其它化合物都不具备群聚信(息)素的所有条件。”

  (在)(康)(乐)看来,本项研(究)范式(将)化学生态学的(研)究(提)(高)(到)一个新的(阶)段,因此这项(研)究也被看作(是)昆虫学(研)究的一个重要突(破)。

  (绿)色可持续(防)控(成)(为)可能

  (长)期(以)来,人们(对)于蝗(灾)的防治主要依赖化学杀虫(剂)大规模的喷施,(而)不合理的化学农药的使用对食品安全、生(态)(系)统和(人)类健康产生(了)巨大的(负)(面)影响。

  中国科(学)家团队(的)最(新)研究不仅揭示蝗虫群居的(奥)秘,更重要的是使(蝗)虫的绿(色)(和)可(持)(续)防控成为可能。

  (康)乐认为,这(项)研究将从多(个)方面(改)(变)人(们)(控)制蝗灾的理(念)(和)方(法):

  比如,(利)用(人)(工)(合)成的信息素可(以)在田间长期监测蝗虫种群动态,(为)(预)(测)(预)报服务;

  利用(人)工合(成)(的)信息素可以(设)(计)诱集带诱集蝗虫,并在诱(集)带集中使(用)(化)学农药(或)(生)物制剂(将)(其)(消)灭,从而极大地(减)(少)(化)(学)农药(的)使用;

  (根)据4VA(的)结构(设)计拮抗(剂),阻止蝗虫的聚集;

  (嗅)觉受体OR35(的)发(现),(为)使用基因编(辑)(技)术(建)立4VA反(应)缺(失)(的)(突)变(体)成(为)(可)能,这种突变(体)长期释(放)到(野)外就可能(在)重灾区建立起(不)能(群)(居)(的)(蝗)虫种群,既在野外维(持)了一定数量的蝗(虫),(又)达到可(持)续控(制)的目的,将环境(保)护与(害)虫控(制)(有)机地(结)(合)起(来)。

  “(因)此,4VA和它的(受)(体)的发现将极(大)地改(变)防治蝗虫的对策和(技)(术)。”康乐(称)。

  在(论)文的一位匿名审(稿)人(看)来,“该(研)究旨在阐(明)4VA作为群(居)信(息)素在飞蝗群聚(过)程(中)(的)(作)用,(是)一(项)令人印(象)深(刻)(的)、高技术的、(深)(入)的研究。”。

  而一(位)(透)明审稿人、美国洛克菲勒(大)学(教)授莱斯(莉)·沃(斯)(霍)(尔)则明确表示,“这项工作做出(了)令人兴(奋)的(发)(现),找到了一个人(们)(长)期寻找(的)蝗虫(群)聚信(息)(素)分(子),(文)(章)包(含)了令人吃(惊)的多个层(次)的研究。”

  “这(是)中国科学家(为)(国)际昆虫学(和)蝗虫(防)治做(出)的(巨)大贡献,(这)是在(经)历50年的(漫)(长)探索后,科学(家)们(第)一(次)真(正)(确)认(了)飞蝗(的)群聚信息素。”

  联合(国)粮(农)(组)织植物生产与(保)(护)司(司)(长)(夏)(敬)源在(贺)(信)中表示,“4VA发现将大(大)(提)(高)(蝗)灾(的)预测和控制(水)平,为(人)们(开)发(新)(的)蝗灾(控)制方法提供重要线索。同时,该研(究)也为(沙)漠蝗的(研)究和控制提供了重要参(考)”。

  来(源):经(济)日报(经)点科学工作室

  记者:沈(慧)

【编(辑):郭梦媛】

【编辑:火麻仁瘦肉汤网】