蝗災(zāi)與旱災(zāi)、洪災(zāi)并稱(chēng)我國(guó)歷史上的三大自然災(zāi)害，曾造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)損失。13日，中國(guó)科學(xué)院召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，介紹中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所康樂(lè)院士團(tuán)隊(duì)在《自然》上發(fā)表的一項(xiàng)揭示蝗蟲(chóng)聚群成災(zāi)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(dǎo)致了蝗蟲(chóng)聚群成災(zāi)。
飛蝗是世界上分布最廣泛的蝗蟲(chóng)，我國(guó)的歷史記載顯示，大規(guī)模的蝗災(zāi)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(guó)家和地區(qū)。
盡管蝗災(zāi)與人類(lèi)發(fā)展歷史長(zhǎng)期相伴，但科學(xué)家一直沒(méi)有搞清楚蝗災(zāi)的成因。近80年來(lái)，對(duì)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(jī)理并沒(méi)有在科學(xué)上被揭示。
上世紀(jì)七十年代，科學(xué)家們才逐步認(rèn)識(shí)到群聚信息素可能是導(dǎo)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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)，特別是沒(méi)有野外種群驗(yàn)證的證據(jù)。
康樂(lè)院士團(tuán)隊(duì)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(yàn)確定4VA對(duì)群居型和散居型飛蝗的不同發(fā)育階段和性別都有很強(qiáng)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(xiàn)4VA特異引起錐形感器的反應(yīng)。在蝗蟲(chóng)的上百個(gè)嗅覺(jué)受體中，他們發(fā)現(xiàn)定位在錐形感器中的嗅覺(jué)受體OR35是4VA的特異性受體。當(dāng)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(yīng)顯著降低，突變體也對(duì)4VA的響應(yīng)行為和吸引力喪失。
雖然4VA在實(shí)驗(yàn)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(yàn)證明4VA對(duì)實(shí)驗(yàn)室種群在戶(hù)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(chóng)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，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(yàn)證、嗅覺(jué)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，本項(xiàng)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。”康樂(lè)說(shuō)。這項(xiàng)研究被認(rèn)為是昆蟲(chóng)學(xué)研究的一個(gè)重要突破。
對(duì)此，透明審稿人、美國(guó)科學(xué)院院士、美國(guó)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(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(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(xiàng)杰出的工作不要有任何拖延應(yīng)該優(yōu)先在《自然》雜志上發(fā)表。
康樂(lè)表示，這項(xiàng)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(xù)防控成為可能。研究將從多個(gè)方面改變?nèi)藗兛刂苹葹?zāi)的理念和方法，比如利用人工合成的信息素可以設(shè)計(jì)誘集帶誘集蝗蟲(chóng)，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;根據(jù)4VA的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拮抗劑，阻止蝗蟲(chóng)的聚集;嗅覺(jué)受體OR35的發(fā)現(xiàn)，為使用基因編輯技術(shù)建立4VA反應(yīng)缺失的突變體成為可能，這種突變體長(zhǎng)期釋放到野外就可能在重災(zāi)區(qū)建立起不能群居的蝗蟲(chóng)種群，既在野外維持了一定數(shù)量的蝗蟲(chóng)，又達(dá)到可持續(xù)控制的目的，將環(huán)境保護(hù)與害蟲(chóng)控制有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。
