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    破譯“蝗軍”的 “集合密令”

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    2019-12-03  大科技雜...

    也許就在明天,科學家就可以給“蝗軍”下達這樣的“密令”:全體集合!

    讓全球頭痛的“蝗軍”

    有史以來,在世界范圍內,蝗蟲都是農作物的頭號害蟲。它毀壞人類的農作物,常常使水稻、玉米、小麥等作物絕收。據統計,一群蝗蟲可以在一天的時間內吃掉80噸包括農作物在內的植物。所以蝗災被稱為“無煙的火災”,蝗蟲也成為人類的大敵。

    蝗蟲從卵出生到成蝗交配繁殖大約30天左右。它不但繁殖力非常驚人,而且食量也很大,每天能吞食兩倍于自己體重的食物;它的飛行能力也超強,平均每小時能飛行4000米左右,能連續飛行幾十個小時。如近年非洲大陸的“蝗軍”在一地將農作物和野生植物掃蕩殆盡后,其中一部分居然經過超長距離飛行,越過5000公里寬的大西洋,到達中南美加勒比海的島嶼。蝗蟲之所以對農作物具有極大的殺傷力,關鍵在于它的“軍團力量”。蝗蟲的群集習性讓蝗蟲可以由一個個體聚集成一個大的軍團,這個軍團的蝗蟲數目從幾百只直到幾百萬只,軍團所到之處可以把所有的莊稼吃的只剩光桿。軍團越大,危害也就越大。吃完一處,它們會飛到另外一個地方,繼續吞吃農作物。

    在幾十種可以形成災害的蝗蟲中,沙漠蝗和飛蝗是兩種最具危害性的成災蝗蟲。以沙漠蝗的危害為例,歷史上它最大成災面積達2900萬平方公里,殃及65個國家,約占世界陸地面積的20%,受災人口占全世界人口的10%以上。1958年,索馬里一大群沙漠蝗蝗群擴散達1000平方公里,大約有4億只,這些蝗蟲一天就吃掉8萬噸糧食,相當于40萬人口一年的口糧。20世紀80年代中后期,非洲發生的一次蝗災,使非洲百萬公頃的農作物和草原受到毀滅性打擊,導致了嚴重的饑荒。人們將這次蝗災比喻成在非洲大陸爆炸的“生物炸彈”。

    “蝗軍”糾集之謎

    近年來,科學家為了找到降伏“蝗軍”的有效辦法,開始把研究重點放在了“它們是如何糾集到一起的”秘密發掘上。

    國外有科學家認為是觸覺讓蝗蟲們聚集在一起的,而且這個觸覺點是在蝗蟲的后腿上,當最初少數蝗蟲在一起的時候,彼此發生摩擦,這時蝗蟲的大腦會發出一個“我們正在聚集”信號,當蝗蟲越來越多的時候,摩擦也越來越多,這種信號也就越來越強。但這個觀點沒能解釋清楚蝗蟲在彼此用腿部進行摩擦之前是如何聚集到一起的。如果是摩擦在先,但不先聚集怎么會產生摩擦?如果摩擦真的能產生“集合”信號,那它是怎樣被接收的?所以這個觀點不但有自相矛盾之處,還有很大的缺項需要填補。

    前不久,中國農業大學的研究專家從蝗蟲的“暗語”入手,成功地破譯了“蝗軍”的“集合密令”。

    研究專家把在我國肆虐的東亞飛蝗作為研究和實驗對象,進行了“集合密令”的破譯工作。研究證實,東亞飛蝗之所以要糾集到一起,目的就是為了尋找配偶,進行繁殖。但讓人費解的是東亞飛蝗釋放的化學信號并不是性信息素。那么,可以讓蝗蟲聚集在一起的化學信號是從哪里產生并發散出來的呢?研究結果讓專家們可謂大跌眼鏡,原來,這些化學新號是從蝗蟲的糞便里發出的。

    中國農業大學的科研小組做了這樣的一個典型實驗:他們把蝗蟲的糞便先被溶解在水里,再進行過濾,經過一定的處理之后,把糞便中的化學氣味分離出來。然后,他們把實驗用的蝗蟲被放入Y形管的一端,另一端有兩個出口,一個出口有從糞便中分離出的化學氣味,一個沒有。結果顯示,實驗箱里的蝗蟲在岔路的地方稍微遲疑了一下,但它馬上就選擇了有糞便化學氣味送出的那個管子爬了進去。實驗證明,蝗蟲糞便中確實存在有能夠散發出吸引蝗蟲聚集的化學氣息,專家們把這種化學氣息叫做聚集信息素。

    在破譯蝗蟲的“集合密令”接收秘密方面,專家們作了很多艱苦的工作。從大的方面講,蝗蟲的信息接收裝置就是觸角,但蝗蟲觸角上的感受器多達四種。究竟哪個感受器有接收“集合密令”的功能?研究專家經過反復甄別,終于搞清楚了蝗蟲觸角上四種感受器的各自功能:一種毛形感受器是用來感受性信息素;一種刺形感受器主要是感受味覺,相當于人類的舌頭;一種腔錐形感受器可以感受綠色植物的氣味,就像人的鼻子;最后一種是錐形感受器,它的主要功能就是用來感受聚集信息素。但在研究錐形感受器的內部結構時,專家們發現了一個很奇怪的問題:真正能夠傳導化學信息到達蝗蟲神經中樞的是一種叫樹突的東西,它與感受器的外壁之間被一種叫淋巴液的液體隔開,而糞便散發出的聚集信息素是一種氣味分子,它是不親水的,那這個不會游泳的氣味分子是怎么通過這層淋巴液的阻隔到達樹突的呢?后來的研究發現,是一種特殊的氣味分子蛋白把不會游泳的氣味分子帶過淋巴液,傳遞到蝗蟲的神經樹突,才使蝗蟲具備了接收“集合密令”等化學氣味信息的能力。

    用“密令”打擊“蝗軍”

    歷史上,在人與蝗蟲的較量中,人類總是十分被動,并顯得無可奈何。面對小規模的蝗蟲入侵,人們只會用樹枝和農具撲打蝗蟲。但是當大規模的“蝗軍”來犯的時侯,人們就束手無策了。20世紀30年代以后,人類主要用化學農藥防治,這種防治方法雖然能快速殺死蝗蟲,但是那些以蝗蟲為食的動物們也因為農藥的使用而被大量殺死,這是一個玉石俱焚的防治方法,嚴重的結果就是導致生態平衡被破壞,環境被污染。據世界衛生組織報道,發展中國家的農民由于缺乏科學知識和安全措施,又無較好的醫療設施,每年有200萬人農藥中毒,其中有2%死亡,原本用于滅蝗的有效農藥,反而毒害了人類自己。

    因此,從理論上講,解決蝗災最好的辦法就是,想辦法不讓“蝗軍”的軍團糾集到一起。這樣,即便是有一些“蝗軍”的小股勢力和散兵游勇,也不具備制造大規模的“無煙火災”的條件,只能老老實實地為上一級的生物鏈提供食物。

    現在看來,科學家對“蝗軍”“集合密令”的破譯,倒是為解決治理“蝗災”的兩難問題找到了比較理想的辦法。破譯了“蝗軍”的“集合密令”,科學家就可以仿制蝗蟲的集合信息素和氣味分子蛋白,選擇特定的時間何地點,把成千上萬的蝗蟲引誘過來,然后再聚而擒之或殲之,這樣人們就不用再去搞什么大面積飛機除治和人工防治了,也不會誤傷其它動物,反過來還可以對它們加以科學利用。這樣,科學家就可以自由控制蝗蟲的數量了。科學家還可以在蝗蟲聚集以后,給“蝗軍”食用特殊的食品——吃一些能夠阻止或破壞蝗蟲分泌氣味分子蛋白的“美味佳肴”,讓它們永久喪失傳遞“軍令”的能力。這樣,“蝗軍”就難以組建大規模的“軍團”而到處肆虐了。

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