原標題：半個(gè)世紀“追兇” 科學(xué)家終發(fā)現蝗蟲(chóng)聚群成災禍首
蝗災與旱災、洪災并稱(chēng)我國歷史上的三大自然災害,曾造成嚴重的農業(yè)和經(jīng)濟損失。13日,中國科學(xué)院召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì ),介紹中國科學(xué)院動(dòng)物研究所康樂(lè )院士團隊在《自然》上發(fā)表的一項揭示蝗蟲(chóng)聚群成災奧秘的研究成果。研究人員鑒定出飛蝗群聚的信息素4VA(4-乙烯基苯甲醚),正是它導致了蝗蟲(chóng)聚群成災。
飛蝗是世界上分布最廣泛的蝗蟲(chóng),我國的歷史記載顯示,大規模的蝗災發(fā)生過(guò)800多次。2019年至2020年6月,沙漠蝗在東非及西亞暴發(fā),并蔓延到20多個(gè)國家和地區。
盡管蝗災與人類(lèi)發(fā)展歷史長(cháng)期相伴,但科學(xué)家一直沒(méi)有搞清楚蝗災的成因。近80年來(lái),對蝗群如何形成有許多的假說(shuō),比如食物、繁殖地、群集信息素等假說(shuō),但是究竟是哪一個(gè)因素起主要作用以及其中的奧秘和機理并沒(méi)有在科學(xué)上被揭示。
上世紀七十年代,科學(xué)家們才逐步認識到群聚信息素可能是導致蝗蟲(chóng)能夠聚集的最關(guān)鍵因素。經(jīng)過(guò)50多年的努力,有幾種化合物被認為可能是蝗蟲(chóng)的群聚信息素,這些信息素被命名為蝗醇、蝗酚等。但是,這些化合物中沒(méi)有一個(gè)化合物能符合群聚信息素的所有標準,特別是沒(méi)有野外種群驗證的證據。
康樂(lè )院士團隊通過(guò)分析群居型和散居型飛蝗的體表和糞便揮發(fā)物,在35種化合物中鑒定到了一種由群居型蝗蟲(chóng)特異性揮發(fā)的化合物4VA。研究人員通過(guò)一系列行為實(shí)驗確定4VA對群居型和散居型飛蝗的不同發(fā)育階段和性別都有很強的吸引力。
同時(shí),在飛蝗觸角上的四種主要感器類(lèi)型中,研究人員發(fā)現4VA特異引起錐形感器的反應。在蝗蟲(chóng)的上百個(gè)嗅覺(jué)受體中,他們發(fā)現定位在錐形感器中的嗅覺(jué)受體OR35是4VA的特異性受體。當使用基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9敲除OR35后,飛蝗突變體的觸角與錐形感器神經(jīng)電生理反應顯著(zhù)降低,突變體也對4VA的響應行為和吸引力喪失。
雖然4VA在實(shí)驗室能夠吸引和聚集蝗蟲(chóng),但證明它在自然環(huán)境中也具有同樣的作用至關(guān)重要。研究人員將含有4VA的誘芯布置在田間,通過(guò)室外草地雙選和誘捕實(shí)驗證明4VA對實(shí)驗室種群在戶(hù)外具有很強的吸引力。進(jìn)而,他們將誘芯直接布局到蝗蟲(chóng)野外發(fā)生區天津北大港,大范圍的區塊實(shí)驗再一次證明4VA不僅能吸引野外種群,而且不受自然環(huán)境中蝗蟲(chóng)背景密度的影響。
“研究首次從化學(xué)分析、行為驗證、嗅覺(jué)受體鑒定、基因敲除和野外驗證等多個(gè)層面對飛蝗群居信息素進(jìn)行了全面而充分的鑒定和驗證,發(fā)現和確立了4VA是飛蝗群聚信息素,本項研究范式將化學(xué)生態(tài)學(xué)的研究提高到一個(gè)新的階段?！笨禈?lè )說(shuō)。這項研究被認為是昆蟲(chóng)學(xué)研究的一個(gè)重要突破。
對此,透明審稿人、美國科學(xué)院院士、美國洛克菲勒大學(xué)萊斯莉·沃斯霍爾教授在審稿意見(jiàn)中表示,這項工作做出了令人興奮的發(fā)現,找到了一個(gè)人們長(cháng)期尋找的蝗蟲(chóng)群聚信息素分子。文章包含了令人吃驚的多個(gè)層次的研究,我給予無(wú)條件地支持,這項杰出的工作不要有任何拖延應該優(yōu)先在《自然》雜志上發(fā)表。
康樂(lè )表示,這項研究不僅揭示了蝗蟲(chóng)群居的奧秘,而且使蝗蟲(chóng)的綠色和可持續防控成為可能。研究將從多個(gè)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設計誘集帶誘集蝗蟲(chóng),并在誘集帶集中使用化學(xué)農藥或生物制劑將其消滅,從而極大地減少化學(xué)農藥的使用;根據4VA的結構設計拮抗劑,阻止蝗蟲(chóng)的聚集;嗅覺(jué)受體OR35的發(fā)現,為使用基因編輯技術(shù)建立4VA反應缺失的突變體成為可能,這種突變體長(cháng)期釋放到野外就可能在重災區建立起不能群居的蝗蟲(chóng)種群,既在野外維持了一定數量的蝗蟲(chóng),又達到可持續控制的目的,將環(huán)境保護與害蟲(chóng)控制有機地結合起來(lái)。（記者 陸成寬）
