零距離

　　中國(guó)科學(xué)家對(duì)世界的又一個(gè)重大科學(xué)貢獻(xiàn)

　　蝗災(zāi)追兇16年

　　人們很難想象,，即便是到了21世紀(jì)的今天,，“蝗災(zāi)”這個(gè)看似久遠(yuǎn)、曾肆虐人類上千年的災(zāi)害,，也并未隨著人類社會(huì)的進(jìn)步,、科技高度發(fā)達(dá)而消失。

　　今年以來,，全球多地遭遇蝗災(zāi),，再次敲響人類警鐘：“東非正遭遇70年以來最嚴(yán)重的蝗災(zāi)”“南亞國(guó)家印度再遭蝗災(zāi)襲擊，部分城市進(jìn)入警戒狀態(tài)”“蝗災(zāi)肆虐逼近我國(guó)云南,，多地相繼發(fā)生黃脊竹蝗災(zāi)害”……關(guān)乎人類立身之本的糧食安全問題,，直接受到威脅。

　　蝗蟲,，這種只有手指大小的小蟲子,，看起來人畜無害，為何一旦聚集成群便會(huì)成災(zāi),？人們不解,，一度認(rèn)為蝗蟲來襲就是“天災(zāi)”?；认x成災(zāi)的原因找不到,，人類的飯碗就難說端得踏實(shí),。

　　中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員康樂帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)16年追蹤研究,，終于找到蝗蟲聚群成災(zāi)的奧秘,。8月12日，這一重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表,。

　　1平方公里蝗群1天吃掉3.5萬人的口糧

　　蝗蟲鋪天蓋地般襲來時(shí),，便會(huì)帶來遮天蔽日的景象，所過之處寸草不留,。也因此，蝗災(zāi)被認(rèn)為是與旱災(zāi),、洪災(zāi)齊名的我國(guó)三大自然災(zāi)害,，曾造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)損失。

　　這其中,，沙漠蝗,、飛蝗兩種蝗蟲災(zāi)害，又被認(rèn)為是人類主要的生物災(zāi)害之一,。

　　康樂告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者,，飛蝗是世界上分布最廣泛的蝗蟲，是非洲,、亞洲,、中東和澳大利亞的主要農(nóng)業(yè)害蟲。我國(guó)2000多年的歷史記載顯示,，大規(guī)模的蝗災(zāi)發(fā)生過800多次,。與飛蝗不同，沙漠蝗雖然僅僅分布在非洲,、中東,、南歐和南亞地區(qū)，但危害的記載可以追溯到5000多年以前,。

　　直到今天,，這種危害還在繼續(xù)。中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員戈峰說,，大概平均每5年全球就會(huì)發(fā)生一次蝗災(zāi),。

　　就在2019年到2020年6月，沙漠蝗的暴發(fā)從非洲之角到伊朗南部和印巴邊境,，蔓延到20多個(gè)國(guó)家和地區(qū),。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的判斷，沙漠蝗蝗災(zāi)波及區(qū)域達(dá)26萬多公頃,，規(guī)模為25年一遇,，1平方公里的蝗群1天能吃掉3.5萬人的口糧,，沿途1190萬人的糧食供應(yīng)受到直接威脅。

　　戈峰說,，近年來,，俄羅斯、北美和南美也遭遇到當(dāng)?shù)鼗认x的襲擾,。在世界范圍內(nèi),，蝗災(zāi)仍然對(duì)農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境構(gòu)成重大威脅,。

　　百年未解科學(xué)難題

　　盡管蝗災(zāi)與人類發(fā)展歷史長(zhǎng)期相伴,，然而人們對(duì)蝗災(zāi)成因的科學(xué)認(rèn)識(shí)不足百年。

　　1921年,，被稱作“蝗蟲學(xué)之父”的國(guó)際著名昆蟲學(xué)家尤瓦洛夫發(fā)現(xiàn),，飛蝗之所以能成災(zāi)是因?yàn)榛认x可以從低密度的散居型，轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏鹊娜壕有?，他因在蝗蟲研究方面的杰出貢獻(xiàn),，被英國(guó)皇家授予爵士頭銜。

　　說白了,，散居型的蝗蟲,，因密度較低，不發(fā)生遷飛,，可以認(rèn)為是無害的,，而群居型蝗蟲一旦形成，很可能導(dǎo)致蝗災(zāi)發(fā)生,。

　　那么,，散居的蝗蟲，是如何形成蝗群的,，這其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的又是什么,？

　　近80年里，科學(xué)家對(duì)此提出許多假說,，比如食物,、繁殖地、性成熟,、群集信息素,、氣候等假說。但是,，究竟是哪一個(gè)因素起主要作用,，其中的奧秘和機(jī)理又是什么？并沒有人能真正說清楚。

　　直到上世紀(jì)70年代,，科學(xué)家才逐漸意識(shí)到,，群聚信息素可能是蝗蟲聚集的最關(guān)鍵因素。

　　此后,，經(jīng)過50多年幾代科學(xué)家的不斷努力,，有幾種化合物被認(rèn)為可能是蝗蟲的群聚信息素，這些信息素被命名為蝗醇,、蝗酚等,。

　　“然而，這些化合物中,，沒有一個(gè)能夠符合群聚信息素的所有標(biāo)準(zhǔn),，特別是沒有野外種群驗(yàn)證的證據(jù)?！笨禈氛f,，比如有的在實(shí)驗(yàn)室有效，但在野外進(jìn)行種群驗(yàn)證時(shí)沒效,，有的對(duì)雌性蝗蟲有效，但對(duì)雄性蝗蟲無效,。

　　致使蝗蟲群聚成災(zāi)的真兇究竟是誰,？中國(guó)科學(xué)家踏上了“追兇”之路。

　　歷時(shí)16年找到真兇

　　2004年,，康樂帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)開始了蝗蟲型變基因表達(dá)調(diào)控和表觀遺傳調(diào)控的分子機(jī)理研究,。16年過去，他們終于找到一種誘惑蝗蟲破壞性集群的關(guān)鍵化學(xué)物質(zhì)——4-乙烯基苯甲醚(以下簡(jiǎn)稱4VA),。

　　“這是一種釋放量低但生物活性非常高的化合物,。”康樂告訴記者,，科研團(tuán)隊(duì)通過分析群居型飛蝗和散居型飛蝗的體表和糞便揮發(fā)物,，在35種化合物中找到了它。

　　有意思的是,，這種化學(xué)物質(zhì),，無論是對(duì)群居型飛蝗還是散居型飛蝗，無論雌性飛蝗還是雄性飛蝗,，無論飛蝗幼蟲還是飛蝗成蟲,，都具有很強(qiáng)的吸引力，而且能夠響應(yīng)蝗蟲種群密度的變化,，隨著種群密度增加而增加,。

　　康樂團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，僅需4-5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(jìn)形成巨大的蝗蟲群,。

　　“這說明它具有很低的誘發(fā)閾值?！笨禈氛f,。換言之，在野外,，可能只需要小范圍的蝗蟲聚集,，就能釋放4VA，繼而吸引更多的蝗蟲加入進(jìn)來,，讓蝗蟲隊(duì)伍越來越大,。

　　當(dāng)然，這只是實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果,?？茖W(xué)家還要去自然環(huán)境中進(jìn)一步驗(yàn)證。

　　科研人員將含有4VA的誘芯布置在田間,，通過室外草地雙選和誘捕實(shí)驗(yàn)證明,，4VA對(duì)實(shí)驗(yàn)室種群在戶外具有很強(qiáng)的吸引力。

　　進(jìn)而,，他們將誘芯直接布局到蝗蟲野外發(fā)生區(qū)天津北大港,，大范圍的區(qū)塊實(shí)驗(yàn)再一次證明：4VA不僅能吸引野外種群，還能不受自然環(huán)境中蝗蟲背景密度的影響,。

　　至此,，康樂團(tuán)隊(duì)判斷，致使蝗蟲成群的“真兇”之一就是4VA,。

　　在康樂看來,，該研究第一次從化學(xué)分析、行為驗(yàn)證,、神經(jīng)電生理記錄,、嗅覺受體鑒定、基因敲除和野外驗(yàn)證等多個(gè)層面,，對(duì)飛蝗群居信息素進(jìn)行了全面而充分的鑒定和驗(yàn)證,，發(fā)現(xiàn)和確立了4VA是飛蝗群聚信息素，而過去報(bào)道已知的其他化合物都不具備群聚信息素的所有條件,。

　　該成果文章在審稿之際,，3位《自然》雜志審稿人對(duì)文章分別給予了高度評(píng)價(jià)，其中兩位匿名審稿人認(rèn)為：“該研究是一項(xiàng)令人印象深刻的,、高技術(shù)的,、深入的研究”“研究聚焦于一個(gè)極具吸引力的生物學(xué)問題，在這個(gè)領(lǐng)域取得了非常重要的進(jìn)展”。

　　一位透明審稿人是國(guó)際著名神經(jīng)生物學(xué)家,、美國(guó)科學(xué)院院士,、美國(guó)洛克菲勒大學(xué)教授萊斯莉·沃斯霍爾，她在審稿意見中明確表示：“這項(xiàng)工作做出了令人興奮的發(fā)現(xiàn),，找到了一個(gè)人們長(zhǎng)期尋找的蝗蟲群聚信息素分子,。我給予無條件的支持，這項(xiàng)杰出工作應(yīng)不受任何拖延地在《自然》雜志上發(fā)表,?！?/p>

　　蝗災(zāi)綠色防控成為可能

　　長(zhǎng)期以來，人們對(duì)于蝗災(zāi)的防治主要依賴化學(xué)殺蟲劑大規(guī)模的噴施,?？禈吩诎l(fā)布會(huì)結(jié)束后接受記者采訪時(shí)說，此次研究不僅揭示了蝗蟲群居的奧秘,，更重要的是使蝗蟲的綠色和可持續(xù)防控成為可能,。

　　“我們發(fā)現(xiàn)，4VA來源于蝗蟲吃下去的植物,，人工合成非常容易,，也很便宜?！笨禈氛f,，利用人工合成的信息素可以在田間長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)蝗蟲種群動(dòng)態(tài)，為預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)服務(wù),；可以設(shè)計(jì)誘集帶誘集蝗蟲，并在誘集帶集中使用化學(xué)農(nóng)藥或生物制劑將其消滅,，從而極大地減少化學(xué)農(nóng)藥的使用,；還可以根據(jù)4VA的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拮抗劑，阻止蝗蟲的聚集,。

　　據(jù)他介紹,，科研人員還在蝗蟲的上百個(gè)嗅覺受體中，發(fā)現(xiàn)了4VA的特異性受體,，利用基因編輯技術(shù)敲除這種受體后,，4VA對(duì)飛蝗的吸引力和飛蝗對(duì)4VA的響應(yīng)行為就喪失了。

　　“這告訴我們,，可以培養(yǎng)這種突變體飛蝗,，并長(zhǎng)期釋放到野外，這樣就可能在重災(zāi)區(qū)建立起‘不能群居’的蝗蟲種群,。如此一來,，既在野外維持了一定數(shù)量的蝗蟲，又達(dá)到可持續(xù)控制的目的，將環(huán)境保護(hù)與害蟲控制有機(jī)地結(jié)合起來,?！笨禈氛f，4VA和它受體的發(fā)現(xiàn)將極大地改變防治蝗蟲的對(duì)策和技術(shù),。

　　“這是中國(guó)科學(xué)家為國(guó)際昆蟲學(xué)和蝗蟲防治作出的巨大貢獻(xiàn),。”聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織植物生產(chǎn)與保護(hù)司司長(zhǎng)夏敬源專門為這一成果發(fā)來賀信,。他說,，這是在經(jīng)歷50年的漫長(zhǎng)探索后，科學(xué)家第一次真正確認(rèn)了飛蝗的群聚信息素,；4VA的發(fā)現(xiàn)將大大提高蝗災(zāi)的預(yù)測(cè)和控制水平,，為人們開發(fā)新的蝗災(zāi)控制方法提供重要線索。

　　簡(jiǎn)單梳理可以看到,，人類對(duì)蝗蟲聚群成災(zāi)的認(rèn)識(shí),，迄今已經(jīng)歷幾個(gè)重要突破：第一個(gè)是尤瓦洛夫提出的著名的蝗蟲型變理論，該理論提出后,，全球先后發(fā)現(xiàn)大約10種最具危險(xiǎn)性的蝗蟲都有型變現(xiàn)象,。第二個(gè)重要突破是英國(guó)科學(xué)家辛普森領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，在上世紀(jì)90年代建立的沙漠蝗群居型與散居型行為判別模式和生理學(xué)特征,。第三個(gè)重要突破,，就是康樂院士團(tuán)隊(duì)從2004年起，開啟的蝗蟲型變基因表達(dá)調(diào)控與表觀遺傳調(diào)控機(jī)制的分子機(jī)理研究,，在此基礎(chǔ)上,，該團(tuán)隊(duì)如今發(fā)現(xiàn)飛蝗群聚信息素，揭示出飛蝗群聚的奧秘,。

　　中科院院士,、深圳華大基因研究院理事長(zhǎng)楊煥明在評(píng)價(jià)這一成果時(shí)說，這是繼參與人類基因組,、水稻基因組計(jì)劃之后,，中國(guó)科學(xué)家對(duì)世界的又一個(gè)重大科學(xué)貢獻(xiàn)。（記者 邱晨輝）