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李子旸:有趣的蝗虫研究

 白河baihe 2020-02-27

本文共计3343字,建议阅读时间12分钟。


  
提到生物治蝗,大家往往津津乐道于鸡鸭吃蝗虫等办法。看上去,这种办法既有效又有趣。本来是灾害的飞蝗,却成了天上掉下来的免费蛋白质,正好让鸡鸭吃个够,不但灭了蝗,还发展了养殖业,生产出鸡肉鸭肉,简直让人乐得合不拢嘴。
 
不过,这种办法的作用其实很有限,不足以成为灭蝗的“主力”武器。在现实中,用鸡鸭吃蝗虫确实曾经有过,但只能用于不太严重的蝗灾,或者作为辅助办法。
 
其中原因也很简单。调集、运输大量鸡鸭,要依赖卡车、道路等交通设施。蝗灾往往爆发在贫困落后地区,交通设施当然也很不足。而且,鸡鸭都是活物,不像机器那么易于操纵。鸡鸭能吃的,主要是在地面爬行的蝗蝻,已经飞起来的飞蝗,鸡鸭想吃也费劲。指望鸡鸭来对抗大规模的蝗灾,并不可行。
 
虽然鸡鸭这种生物治蝗用处不太大,但说到生物治蝗,早有更厉害的办法。在这方面中国科学家成果累累。而且其中包含很多有趣的内容。今天,就来说说这个。
 

马世骏等新中国第一批治蝗专家,通过整治蝗区的水体条件,给蝗灾来了个釜底抽薪。经过他们的努力之后,蝗灾在中国农耕地区已经很少见了。
 
传统农耕区的蝗灾被解决了以后,牧区的草原蝗灾就成为突出的待解问题。2003年,草原蝗灾特别严重,受害草场面积达到3.2亿亩。大量蝗虫还飞到了二连浩特市区,大雨一般从天而降。施放大量药剂后,总算是消灭了这些蝗虫。街上堆积如山的蝗虫尸体,让人触目惊心。
  

 图片来源:互联网

草原飞蝗的繁殖方式和农耕区的飞蝗不同,不能直接挪用洪泽湖、微山湖等地区的治蝗方法。更麻烦的是,草原的生态环境要脆弱得多。施放化学药剂,后果严重,不但会同时杀灭大量鸟类和其他益虫,还会破坏草原土壤,影响牧区产出的牛羊肉品质——杀虫毒药的有害成分会通过牧草在牛羊体内累积。

所以,马世骏等科学家早就提出,应对草原飞蝗,要更多地采用环境影响小的办法,其中最主要的就是微生物治蝗。

可以用来治蝗的微生物,主要包括动物类的蝗虫微孢子虫,真菌类的绿僵菌、白僵菌,病毒类的蝗虫痘病毒等。其中绿僵菌是比较突出的一种。

绿僵菌生物农药不是中国科学家发明的,在1996年引进到国内。引进后,中国科学家做了很多研究,大幅提升了毒力,大幅降低了生产成本,在大规模工业化生产和使用上取得了突破。

   

绿僵菌 | 图片来源:互联网

 
从蝗虫的角度来看,这个绿僵菌实在太可怕了。绿僵菌是一种真菌,会粘在蝗虫外壳上,然后刺入蝗虫体内生长繁殖,并分泌毒素,蝗虫就会一命呜呼。
 
这还不算完,被弄死的蝗虫会变成“僵虫”,也就是蝗虫的僵尸。这种僵虫体内存有大量绿僵菌的孢子。僵虫长期留在土壤里,成为传染源,不断把真菌传染给其他蝗虫,持续发挥效力。一次施药,控制蝗虫的效果可以长达五年。
 
在这个过程中,蚂蚁、老鼠等动物都成为残害蝗虫的“帮凶”,会帮着真菌繁殖和传播,感染更多的蝗虫。而且,绿僵菌对蝗虫是“精确轰炸”“定点清除”,对其他昆虫的影响很小,对鸟类、哺乳动物和人则完全无害。
 
目前,我国已经掌握了生产绿僵菌生物农药的生产工艺和技术,并且水平位居世界前列。中国生物防治蝗虫的国内标准,已经成为国际标准。
 
在生物防治的信息化、自动化方面,中国的领先优势更加明显。在治蝗技术方面,其他国家比如澳大利亚也很先进,但他们没有中国这种健全的基层机构组织。中国的蝗虫防治组织非常发达,基层有大量的植保站、防蝗站,在蝗虫信息采集、精准施药等方面都很到位。未来,随着5G等信息技术的推广,中国蝗虫治理将更加智能化和自动化。

马世骏等科学家研发的国土综合整治消除蝗灾,可以算作是治蝗1.0。绿僵菌等生物防治法,可以算作是治蝗2.0。现在,中国科学家已经进入治蝗3.0。
 
3.0时代的特征是基因组合技术,领军人物是中国科学院院士康乐。在3.0时代,除了治蝗技术更上一层楼以外,更重要的是,研究蝗虫的目的,不再局限于防灾减灾。新一代的中国科学家,视野非常宽广,把对昆虫的研究和政治、社会甚至哲学研究融为一体。
 
这要从蝗虫的型变说起。
 
在“我国是怎样战胜蝗灾的”那篇文章中,我介绍了蝗虫的型变。简单来说就是,散居的蝗虫和群居的蝗虫,外观差距很大,看上去简直是不同的物种。其实,这是同一种物种的两种形态。
 
蝗虫型变和大量集聚,是蝗灾发生的直接原因。蝗灾就是蝗虫集聚群居的结果没有型变,没有集聚,也就没有蝗灾。分散的蝗虫,就是小蚱蜢,在草丛中蹦蹦跳跳的,没什么害处。只有大量蝗虫聚集到一起,发生型变,才会成灾。
 
因此,研究清楚蝗虫的型变,就特别重要。型变是怎么回事?为什么外形的变化那么大?是什么变化引起的?型变需要什么条件?怎样才能阻止型变发生等问题,都是值得研究的重要课题。
 
国际上对这些问题的研究长期没有大的突破。大的突破正是康乐院士率领的团队做出来的。他们发现,蝗虫的型变,主要是多巴胺造成的。
 

康乐院士 | 图片来源:互联网

 
多巴胺是生物体内的一种化学物质,可以调控行为和情感。病人发生休克,可以给他直接往心脏上注射多巴胺。相反,对狂躁型精神病人等,可以注射多巴胺抑制剂,让他们恢复平静。
 
蝗虫正是因为体内的多巴胺发生了变化,才会出现型变和群聚。有趣的是,这个研究实际上揭示了很多动物群聚的生物学原因——包括人。
 
人群聚集闹事时,群体中的人往往也是体内多巴胺增加,外在表现就是面红耳赤、情绪亢奋、动作夸张、不可理喻。聚集的人群往往很危险,会做出单个人不敢干的事,造成特别大的危害。
 
以往,对这些现象的分析,往往从政治、社会、心理等角度入手。比如广泛流传的《乌合之众》等书。康乐院士对蝗虫型变的研究,开创了对人类群体行为的生物学分析。
 
让人尴尬的是,从生物学的角度看,在这些方面,人类和蝗虫的规律高度近似。
  

  
处理公共事件有经验的人都知道,面对聚集起来越来越暴躁的人群,快速有效的办法不是摆事实讲道理耐心解释增加信息透明度什么的,而是驱散。派出警察分割人群,把人们赶走,或者用高压水车等工具把人群打散,总是就是要尽快消除“人群聚集”这个现象。
 
即使摆事实讲道理,也不能直接面对暴躁激动的人群,而要让他们选出代表,把代表从人群中分离出来,单独谈。离开人群的代表,会很快恢复冷静,重新成为可以沟通和讲道理的正常人。
 
研究发现,把群居型的蝗虫拆散,让它们彼此分离,4个小时后,蝗虫就从暴躁凶恶的群居型转变为人畜无害的散居型。而把散居型的蝗虫组合起来,经过32小时后,它们才会变成群居型。
 
看来,把人群聚集起来,成为暴躁的群体,其实也没那么容易,需要较长的时间“酝酿”和“逐渐升级”。无论是防治蝗灾,还是保卫社会,人们都有足够充裕的时间和机会。
 
从生物学的角度入手,会对很多人类行为规律有全新的认识。这些认识往往和政治学、社会学、哲学等学科的结论不谋而合。
 
比如,蝗虫群居就会成灾,但这也说明聚集起来以后,物种的生命力、竞争力会大大增强。而且,物种内部的交流、沟通会大大强化。对昆虫来说,群居型的个体,雌雄配对非常容易,种群繁衍力很强。散居型的个体,则需要好几天才能互相熟悉。这也解释了人类的社会性为什么会越来越强,以及为什么整合程度越高的社会,竞争力、生存力越强。
 
对蝗虫来说,群居散居的转变伴随着明显的型变,对人类来说,与他人保持密切联系和离群索居,其实也有生理上的差异。很多代谢类的疾病,很可能就与此有关。群体中的人,更容易乐观积极。长期独处的人,往往会忧郁感伤。这是不是也是一种“型变”呢?
 
目前,对这些现象,基本都是从心理、社会的角度做出分析。今后,如果能通过研究蝗虫提出生物学方面的解释,很可能会找到更有效、更有针对性的解决办法。比如,对个人的情绪问题,除了心理疏导以外,是不是能在生理上找到解决办法呢?再有,对那些慢性病、代谢病,是不是能找到全新的治疗办法呢?
 
蝗虫对于人类社会,很可能会像果蝇对遗传学那样,发挥重要作用。曾经的害虫,正在成为重要的科学研究目标。
 
从对蝗灾束手无策,到找到有针对性的办法基本消灭蝗灾,再到大大扩展对蝗虫的研究,微观层面延伸到基因,宏观层面则融合了对社会的研究。人类知识的进步,才是宇宙中最壮观最迷人的景象。
参考资料:
陈应松:《飞蝗物语》,浙江教育出版社,2019年9月。
马建文,韩秀珍:《东亚飞蝗灾害遥感监测机理与方法》,科学出版社,2004年5月。
盖志毅:《草原生态经济系统可持续发展研究》,中国林业出版社,2007年7月。

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