让蝗虫同类相食,科学家发现战胜蝗灾的化学武器

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(图片来源:Pexels)

自古以来,蝗灾就是影响我国生产和生活的主要灾害,仅次于水灾和旱灾,被称为中国第三大灾害。从长城以南到长江以北,东到大海,西至关中平原,都可能见到漫天蝗虫的景象;从先秦到 20 世纪初,蝗灾平均每 3 年发生一次,而从 20 世纪初到新中国成立,几乎年年都有发生。蝗灾严重的时候,蝗群遮天蔽日,所过之处寸草不生,赤野千里。

文 | 梅林

可见,大群蝗虫经过,周围的所有东西都能被它们吃掉,包括它们自己。这并不是玩笑话,蝗虫的确有同类相食的现象。

动物为什么会吃掉同类?

同类相食在动物界中,是一种非常普遍的现象。这种现象是动物应对生存危机,确保种群延续的一种适应性行为。

提起交配中雌性吃掉雄性,可能我们首先想到的就是螳螂。比如图中的薄翅螳螂,在交配前雄性和雌性要进行一场“摔跤比赛”。如果雄性赢了,它可以顺利交配;如果它输了,那交配后就可能被雌性吃掉。

有些动物同类相食是为了完成繁殖。比如,一些蜘蛛在交配的时候,雄蜘蛛会主动送上门来,让雌蜘蛛吃掉,成为雌蜘蛛繁殖后代的能量。动物界多数的同类相食都是因为“吃不饱”导致的 —— 在食物匮乏的时候,为了自己的生存,同种的物种间也会展开激烈的竞争,甚至把同类吃掉。这样,既能减少对有限的食物的竞争,又能弥补食物不足带来的能量的缺失。比如,一些看似温顺的鸟类在食物短缺的时候,雏鸟之间会展开一场你死我活的战斗,最后只有一两只体形最大、最健康的雏鸟能存活下来。

同样地,蝗虫的同类相食也是对其生存有益的一种适应。最近,科学家发现,同类相食在驱动蝗虫集群飞行方面有一定作用。德国马克斯・普朗克化学生态学研究所的进化神经行为学家比尔・汉森(Bill S. Hansson)表示:“实际上,蝗虫都是从背后吃掉对方的。为了自己的安全,蝗虫必须动起来,否则后面的家伙就会吃了它。”

尽管如此,对于蝗虫来说,极大群“出行”还是特别危险 —— 谁能放心后面跟着一个贪吃的同伴。那么,蝗虫是怎样确保同伴不会吃掉自己的呢?

蝗虫:警告你,吃掉我,很危险!

为了研究蝗虫防止自己被同类吃掉的机制,汉森和同事展开了研究。他们将 250 只蝗虫幼虫放在同一个笼子里,以此模仿刚刚开始集群的蝗虫。然后,用气相色谱法测定,这些拥挤的笼子中,蝗虫散发出气味化合物。因为研究人员认为,蝗群中的蝗虫可能是利用气味来让同类不会吃掉自己。

在这些化合物中,研究人员特别注意到了苯乙腈。苯乙腈可以转化为有毒的氰化物,因此能够阻止鸟类等捕食者捕捉蝗虫。那么,这种化合物对其他蝗虫是不是也有同样的效果呢?

苯乙腈的分子式。这种化合物不仅能转化为有毒氰化物,还是制备一些镇静剂、安眠药、兴奋剂等神经药物的中间产物,被一些国家和地区列为禁药管控。

为了验证假设,研究人员采用基因编辑技术,培育了两种蝗虫:一种产生苯乙腈的相关基因缺失,蝗虫不能产生苯乙腈,这些蝗虫成为了同伴猎食的对象;另一种产生苯乙腈受体的相关基因被敲除了,也就是说这些蝗虫不会嗅到苯乙腈,它们则肆无忌惮地捕食同类。

基于这些结果,研究人员认为,苯乙腈可能就是蝗虫防止同类吃掉自己所产生的化学信息素。蝗群中的其他蝗虫嗅到苯乙腈,就不再会捕食同类了。

我们为什么要知道“蝗虫如何不被同类吃掉”?

看到这,也许有伙伴会问:“科学家研究这个有什么用?我们为什么要知道,蝗虫怎样不被同类吃掉?”

美国得克萨斯州农工大学的昆虫学家格雷戈里・索德(Gregory Sword)表示,“既然阻断蝗虫产生信息素或是感受信息素,能让蝗虫自相残杀。那就有可能利用蝗虫的同类相食进行种群的自我调节,减少蝗虫群中的个体数量。另外,苯乙腈这样的信息素可能对捕食者也有类似的效果,毕竟苯乙腈本就是防范捕食者的。如果蝗虫不能产生这些信息素了,那蝗虫将更易受到捕食者的攻击。这样的生物防治虫害的方法既有效又环保。

参考文献:

  • The chemical ecology of locust cannibalism | Science

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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