2月15日在巴基斯坦东部旁遮普省奥卡拉地区拍摄的蝗虫肆虐景象。图片来源：新华社在人类历史上，蝗灾与旱灾、洪灾并称三大自然灾害，在全球造成了严重的农业和经济损失。尽管蝗灾与人类发展历史长期相伴，但是真正在科学上对蝗灾成因的认识不足百年。
今年1月以来，沙漠蝗虫还由非洲之角向东，沿红海两岸，侵入沙特、苏丹、也门、阿曼、伊朗等国，之后沙漠蝗虫又跃过巴基斯坦国境线，使巴基斯坦遭受1993年以来最严重蝗灾，并于1月31日进入国家紧急状态。2月，4000亿只蝗虫侵袭印度，37万公顷农田遭殃，造成上百亿卢比经济损失。联合国粮食及农业组织2月11日发出全球预警：非洲之角的沙漠蝗虫数量一年半内暴增6400万倍，如果不加以控制，蝗灾将导致1900万人的粮食安全受到威胁。
蝗虫蔓延路径图。图片来源：联合国粮农组织
那么蝗虫聚群成灾的奥秘是什么呢？近日，中科院动物研究所康乐院士团队发现了一种蝗虫群聚信息素分子，揭示了蝗虫聚群成灾的奥秘。这一成果于8月12日在国际学术期刊《自然》发表。国际著名昆虫学家和蝗虫学之父尤瓦洛夫发现，散居型蝗虫和群居蝗虫并不是人们以为的两个物种，它们从低密度的散居型转变为高密度的群居型，成为蝗灾。但是什么让蝗虫发生了这样转变？几十年来科学家们却一直没搞清楚。20世纪70年代，科学家们逐步认识到蝗虫可能会分泌独特的群聚信息素，使它们聚集起来。50多年来，科学家们鉴定出几种化合物，例如蝗醇、蝗酚等，但没有一个化合物能符合群聚信息素的所有标准，特别是没有野外种群验证的证据。康乐领导的研究团队通过分析飞蝗群居型和散居型飞蝗的体表和粪便挥发物，在35种化合物中鉴定到了一种由群居型蝗虫特异性挥发的气味，释放量低但生物活性非常高的化合物——4-乙烯基苯甲醚（4VA）。通过一系列行为实验确定该化合物对群居型和散居型飞蝗的不同发育阶段和性别都有很强的吸引力，能够响应蝗虫种群密度的变化，随着种群密度增加而增加，甚至它的产生可由4~5只散居飞蝗聚集而触发，具有很低的诱发阈值。
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，并确定了其特异性受体。当使用基因编辑技术敲除该嗅觉受体后，飞蝗突变体的触角与锥形感器神经电生理反应显著降低，响应行为和吸引力丧失。此外，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该化合物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，本项研究范式将化学生态学的研究提高到一个新的阶段，被认为是昆虫学研究的一个重要突破。国际著名神经生物学家、美国科学院院士、美国洛克菲勒大学莱斯莉·沃斯霍尔教授在审稿意见中写道：“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，我给予我无条件的支持。”
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。该研究不仅揭示了蝗虫群居的奥秘，而且将从多个方面改变人们控制蝗灾的理念和方法，使蝗虫的绿色和可持续防控成为可能。
来源：文汇报、央视新闻、科技日报综合 编辑：王旭泉