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零距离

中国科学家对世界的又一重大科学贡献

蝗灾已经持续了16年

人们很难想象，即使在21世纪，似乎是蹂躏人类几千年的一场由来已久的灾难——蝗灾，也没有随着人类社会的进步和科技的高度发达而消失。

今年以来，世界上许多地方都遭受了蝗灾，再次敲响了人类的警钟:东非遭受了70年来最严重的蝗灾，南亚的印度再次遭受蝗灾，部分城市进入戒备状态。蝗灾正在肆虐并逼近中国云南，黄脊竹蝗灾害在许多地方相继发生& hellip& hellip事关人类基础的粮食安全直接受到威胁。

蝗虫，手指大小的小虫子，看起来对人畜无害。为什么一旦群聚就成了灾难？人们感到困惑。一度认为蝗虫是自然灾害。如果找不到蝗灾的原因，很难说人类的饭碗有保障。

中国科学院院士、中国科学院动物研究所研究员乐康带领团队跟踪研究了16年，终于揭开了蝗虫成灾之谜。8月12日，这一重大科学发现发表在国际顶级学术期刊《自然》上。

1平方公里蝗虫群一天吃掉35000人的口粮

当蝗虫遍布世界各地时，它们会覆盖天空，在它们经过的地方不会留下任何草。因此，蝗灾被视为我国三大自然灾害，造成了严重的农业和经济损失。

其中，沙漠蝗和飞蝗被认为是人类的主要生物灾害之一。

乐康告诉中国青年报；据中国青年网报道，飞蝗是世界上分布最广的蝗虫，是非洲、亚洲、中东和澳大利亚的主要农业害虫。中国2000年的历史记录显示，大规模的蝗灾已经发生了800多次。沙漠蝗虫与飞蝗不同，只分布在非洲、中东、南欧和南亚，但破坏记录可追溯到5000多年前。

直到今天，这种伤害还在继续。中国科学院动物研究所的研究员葛峰说，世界上平均每五年就有一次蝗灾。

2019年至2020年6月，沙漠蝗虫疫情从非洲之角蔓延至伊朗南部和印巴边境，并蔓延至20多个国家和地区。根据粮农组织的判断，沙漠蝗灾已影响26万多公顷，规模为25年一遇。1平方公里的蝗群一天可以吃掉3.5万人的口粮，沿途1190万人的粮食供应直接受到威胁。

葛峰说，近年来，俄罗斯、北美和南美也遭到了当地蝗虫的骚扰。在世界范围内，蝗灾仍然对农业、经济和环境构成巨大威胁。

一个世纪未解决的科学问题

【/h/】虽然蝗灾与人类发展历史的联系由来已久，但人们对蝗灾成因的科学认识还不到一百年。

1921年，被誉为蝗虫科学之父的国际知名昆虫学家尤·瓦洛夫发现，飞蝗之所以能成为灾害，是因为蝗虫可以从低密度的分散型变为高密度的群居型。他因对蝗虫研究的杰出贡献而被英国王室授予爵士称号。

【/h/】说白了就是分散的蝗虫，因为密度低，不迁徙，可以认为是无害的，但是一旦形成社会蝗虫，就很可能导致蝗灾。

【/h/】那么，分散的蝗虫是如何形成蝗群的，在这当中起关键作用的是什么？

近80年来，科学家们提出了很多假说，如食物、繁殖地、性成熟、集群信息素、气候等。但是，哪个因素起了主要作用，其中的奥秘和机理是什么？真的没人能说清楚。

直到20世纪70年代，科学家才逐渐认识到聚集信息素可能是蝗虫聚集的最关键因素。

此后，经过50多年和几代科学家的不断努力，有几种化合物被认为是蝗虫的群信息素，这些信息素被命名为acrinol、蝗虫酚等。

然而，这些化合物中没有一种能够满足聚类信息素的所有标准，尤其是没有野外种群验证的证据。例如，乐康说，其中一些在实验室中是有效的，但在野外种群验证中却无效；其中一些对雌性蝗虫有效，但对雄性蝗虫无效。

谁才是导致蝗虫涌入灾难的真正凶手？中国科学家走上了追查谋杀的道路。

花了16年才找到真正的凶手

2004年，乐康带领科研团队研究蝗虫突变基因表达调控和表观遗传调控的分子机制。16年后，他们终于发现了一种关键的化学物质，4-乙烯基苯甲醚(以下简称4va)，它引诱蝗虫进入破坏性的集群。

这是一种释放量低但生物活性非常高的化合物。乐康告诉记者，研究小组通过分析社会飞蝗和分散飞蝗体表和粪便中的挥发物，在35种化合物中发现了它。

【/h/】有趣的是，这种化学物质对群居和分散的飞蝗、雌雄飞蝗、飞蝗幼虫和成虫都有很大的吸引力，能响应蝗虫种群密度的变化，随着种群密度的增加而增加。

【/h/】游憩团队还发现，只有4-5只分散的飞蝗能够聚集，而且这种聚集信息素能够产生并释放出来，会促进巨大蝗群的形成。

这说明它的诱导阈值非常低。乐康说。换句话说，在野外，可能只需要一小群蝗虫释放4va，然后吸引更多的蝗虫加入，使蝗虫队伍越来越大。

当然，这只是实验室的结果。科学家要去自然环境做进一步验证。

研究人员在野外布置了含有4va的诱饵芯。室外草地双选择和诱捕试验证明，4va对室外实验种群很有吸引力。

此外，他们将诱饵芯直接放在天津的北大港，那里是蝗虫的栖息地。大规模的分块实验再次证明，4va不仅能吸引野生种群，而且不受自然环境中蝗虫背景密度的影响。

【/h/】此时，娱乐团队判断4va是造成蝗灾的真正杀手之一。

从乐康的角度出发，本研究首次从化学分析、行为验证、神经电生理记录、嗅觉受体识别、基因敲除和田间验证等方面全面、充分地鉴定和验证了飞蝗的社会信息素，发现并确立了4va是飞蝗的社会信息素，而以往报道的其他化合物并不具备社会信息素的全部条件。

在对这篇成果文章的综述中，《自然》杂志的三位审稿人分别对文章给予了高度评价，两位匿名审稿人认为这项研究是一项令人印象深刻的、高科技的、深入的研究，聚焦于一个有吸引力的生物学问题，并在该领域取得了非常重要的进展。

【/h/】透明的审稿人是莱斯利&米德多，国际知名的神经生物学家，美国科学院院士，美国洛克菲勒大学教授；沃斯豪尔，她在评论中明确表示:这项工作取得了令人兴奋的发现，发现了一种人们寻找已久的蝗虫群信息素分子。我给予无条件的支持，这部杰出的作品应该毫不拖延地发表在《自然》杂志上。

绿色防控蝗灾成为可能

长期以来，人们对蝗灾的控制主要依靠大规模喷洒化学杀虫剂。乐康在新闻发布会后接受记者采访时说，这项研究不仅揭示了蝗虫群居的奥秘，而且使绿色可持续防治蝗虫成为可能。

【/h/】我们发现4va来源于蝗虫吃的植物，人工合成简单廉价。乐康说，使用合成信息素可以长期监测田间蝗虫种群的动态，并为预测服务；可以设计诱捕带来诱捕蝗虫，诱捕带中可以使用化学农药或生物制剂来消灭蝗虫，从而大大减少化学农药的使用；拮抗剂也可以根据4va的结构设计，防止蝗虫聚集。

据他说，研究人员还在数百种蝗虫嗅觉受体中发现了4va的特异性受体。通过基因编辑技术敲除该受体后，4va对飞蝗的吸引力和飞蝗对4va的反应行为丧失。

这告诉我们，这种变异的飞蝗是可以长期培育放归野外的，这样才有可能建立& lsquo群居的蝗虫种群。这样既保持了一定数量的蝗虫在野外生存，又达到了可持续控制的目的，将环保和病虫害防治有机结合起来。乐康说，4va及其受体的发现将极大地改变蝗虫防治的对策和技术。

这是中国科学家对国际昆虫学和蝗虫防治做出的巨大贡献。粮农组织植物生产与保护司司长夏景元为此成果发来贺信。他说，这是科学家经过50年的长期探索，第一次真正证实了飞蝗的群体性信息素；4va的发现将大大提高蝗灾的预测和防治水平，为人们开发新的蝗灾防治方法提供重要线索。

【/h/】第二个重要突破是沙漠蝗虫的行为辨别模型和生理特征，由英国科学家辛普森(Simpson)领导的团队于20世纪90年代建立。第三个重大突破是乐康院士团队自2004年以来开展的蝗虫突变基因表达调控和表观遗传调控机制的分子机制研究。在此基础上，该团队现在发现了飞蝗集群的信息素，揭示了飞蝗集群的奥秘。

中国科学院院士、深圳华大基因研究所所长杨对这一成果发表评论说，这是中国科学家在参与人类基因组和水稻基因组计划后对世界作出的又一重大科学贡献。

中国青年报& middot中青网记者邱来源:中国青年报