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新浪采集-中国科学家花了16年的时间才发现在绿色地区防治蝗虫是可能的

发布时间:2020-08-18  分类:体育快讯  作者:dadiao  浏览:18

零距离


中国科学家对世界的又一个重大科学贡献


蝗灾追凶16年


人们很难想象,即使在21世纪,“蝗灾”这一似乎已经蹂躏人类数千年的长期灾难,也没有随着人类社会的进步和科学技术的高度发展而消失。


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今年以来,世界上许多地方都遭受了蝗灾,这再次敲响了人类的警钟:“东非遭受了70年来最严重的蝗灾”,“南亚国家印度再次遭受蝗灾,一些城市进入了警戒状态”,“中国云南蝗灾正在逼近,许多地方黄脊竹蝗灾害接连发生”……直接威胁到人类赖以生存的粮食安全问题。


蝗虫,这只手指大小的小虫子对人和动物无害。为什么一旦它聚集在一起就会变成一场灾难?人们感到困惑。他们一度认为蝗虫是“自然灾害”。如果我们找不到蝗灾的原因,很难说人类的饭碗是安全的。


中国科学院院士、中国科学院动物研究所研究员乐康带领团队跟踪研究了16年,终于揭开了蝗群的神秘面纱。8月12日,这一重大科学发现发表在顶级国际学术期刊《自然》上。


1平方公里蝗群1天吃掉3.5万人的口粮


当蝗虫遍布世界各地时,它们会覆盖天空,并且在它们经过的地方不会留下草。因此,蝗灾被认为是中国的三大自然灾害,造成了严重的农业和经济损失。其中,沙漠蝗和飞蝗被认为是人类的主要生物灾害之一。


乐康告诉《中国青年报》和中国青年网x代理,飞蝗是世界上分布最广的蝗虫,也是非洲、亚洲、中东和澳大利亚的主要农业害虫。中国2000年的历史记录表明,大规模的蝗灾已经发生了800多次。与飞蝗不同,沙漠蝗虫只分布在非洲、中东、南欧和南亚,但其破坏记录可以追溯到5000多年前。


直到今天,这种伤害仍在继续。中国科学院动物研究所的研究员葛峰说,世界上平均每五年就有一次蝗灾。


2019年至2020年6月,沙漠蝗虫疫情从非洲之角蔓延至伊朗南部和印巴边境,并蔓延至20多个国家和地区。根据粮农组织的判断,沙漠蝗灾已经影响了26万多公顷,规模为每25年一次。一平方公里的蝗虫群一天可以吃掉35000人的口粮,沿途1190万人的粮食供应受到直接威胁。


葛峰说,近年来,俄罗斯、北美和南美也受到了当地蝗虫的侵扰。在世界范围内,蝗灾仍然对农业、经济和环境构成巨大威胁。


百年未解科学难题


历时16年找到真凶


1921年,国际知名的昆虫学家、被称为“蝗虫科学之父”的尤·瓦洛夫(you Valov)发现,飞蝗之所以会成为灾难,是因为蝗虫可以从低密度的分散型变为高密度的群居型。由于他对蝗虫研究的杰出贡献,他被英国皇家授予爵士称号。


直截了当地说,分散的蝗虫可以被认为是无害的,因为它们的密度很低,而且不会迁徙,但是一旦社会蝗虫形成,它们就有可能导致蝗虫灾害。


那么,分散的蝗虫是如何形成蝗群的,在这一过程中起关键作用的是什么?近80年来,科学家们提出了许多假说,如食物、繁殖地、性成熟、集群信息素、气候等。然而,哪一个因素起了主要作用,其奥秘和机理是什么?没有人能真正弄清楚。


直到20世纪70年代,科学家们逐渐意识到聚集信息素可能是蝗虫聚集的最关键因素。


此后,经过几代科学家50多年的不断努力,一些化合物被认为是蝗虫群信息素,这些信息素被命名为acrinol、蝗虫酚等。


”然而,这些化合物中没有一种能够满足聚集信息素的所有标准,尤其是没有证据表明存在野外种群验证。


蝗灾绿色防控成为可能


2004年,乐康带领科研团队研究蝗虫突变基因表达调控和表观遗传调控的分子机制。16年后,他们终于发现了一种关键的化学物质,——4-乙烯基苯甲醚(以下简称4VA),这种物质可以引诱蝗虫来破坏星团。


"这是一种低释放但生物活性很高的化合物."乐康告诉x代理,研究小组通过分析社会飞蝗和分散飞蝗体表和粪便中的挥发物,在35种化合物中发现了这种物质。


有趣的是,这种化学物质对群居和分散的飞蝗、飞蝗的雌、雄、幼虫和成虫都有吸引力,并能对蝗虫种群密度的变化作出反应,并随着种群密度的增加而增加。


乐康团队还发现,只有4-5只分散的飞蝗需要聚集,而这一群信息素可以产生并释放出来,这反过来又促进了巨大蝗群的形成。


"这表明它有一个非常低的感应阈值."乐康说。换句话说,在野外,可能只需要一小群蝗虫释放4VA,然后吸引更多的蝗虫加入,使蝗虫团队越来越大。


当然,这只是实验室的结果。科学家们必须去自然环境进行进一步的验证。


研究人员已经在野外布置了含有4VA的诱饵核心。通过室外草地双重选择和诱捕试验,证明4VA对室外实验种群具有很大的吸引力。


此外,他们把诱饵芯直接放在天津的北大港,那里有蝗虫出没。大规模的分块实验再次证明4VA不仅能吸引野生种群,而且不受自然环境中蝗虫背景密度的影响。


在这一点上,娱乐团队判断4VA是造成蝗虫群的“真正凶手”之一。


从乐康的角度来看,本研究首次从化学分析、行为验证、神经电生理记录、嗅觉受体识别、基因敲除和野外验证等方面全面、充分地鉴定和验证了飞蝗的社会信息素,发现并确立了4VA是飞蝗的社会信息素,而以往x娱乐报道的其他已知化合物不具备社会信息素的所有条件。《《自然》》杂志的三位审稿人在审稿时分别对文章给予了高度评价,其中两位匿名审稿人认为:“本研究是一项令人印象深刻的、高科技的、深入的研究”,“本研究关注的是一个有吸引力的生物学问题,并在该领域取得了非常重要的进展”。


一个透明的评论者是莱斯利·沃斯哈尔,国际知名的神经生物学家,美国科学院院士,美国洛克菲勒大学教授。她在评论中明确表示:“这项工作取得了令人兴奋的发现,发现了一种蝗虫信息素分子,这是人们长期以来一直在寻找的。”我给予无条件的支持,这项杰出的工作应该立即在《自然》杂志上发表。”


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长期以来,人们主要依靠大规模喷洒化学杀虫剂来防治蝗灾。新闻发布会后,乐康在接受x代理采访时说,这项研究不仅揭示了蝗虫群居的奥秘,而且使绿色可持续防治蝗虫成为可能。


“我们发现4VA来源于蝗虫吃的植物,人工合成非常容易,也很便宜。”乐康说,使用合成信息素可以长期监测田间蝗虫种群的动态,并为预测服务;可以设计诱捕带来诱捕蝗虫,并且可以在诱捕带中使用化学杀虫剂或生物制剂来消灭它们,从而大大减少化学杀虫剂的使用;拮抗剂也可以根据4VA的结构设计,以防止蝗虫聚集。


据他说,研究人员还在数百种蝗虫嗅觉受体中发现了4VA的特异性受体。通过基因编辑技术敲除该受体后,4VA对飞蝗的吸引力和飞蝗对4VA的反应行为均丧失。


“这告诉我们,这种变异的飞蝗可以被长期培育并释放到野外,这样就有可能在受灾最严重的地区建立一个‘非群居’的蝗群。这样,一定数量的蝗虫被保持在野外,达到了可持续控制的目的,并有利于环境保护和病虫害防治


"这是中国科学家对国际昆虫学和蝗虫防治的重大贡献."粮农组织植物生产与保护司司长夏景元为这一成就发来了贺信。他说,经过50年的长期探索,这是科学家第一次真正证实了飞蝗群的信息素;4VA的发现将大大提高蝗灾的预测和防治水平,为人们开发新的蝗灾防治方法提供重要线索。


从简单的梳理中,我们可以看到人类在对蝗虫群和灾害的理解上经历了几次重要的突破。第一个是尤·瓦洛夫提出的著名的蝗虫变态理论。这一理论提出后,全世界大约有10种最危险的蝗虫发生了变态。第二个重大突破是沙漠蝗虫的行为辨别模型和生理特征,它是由英国科学家辛普森领导的一个研究小组在20世纪90年代建立的。第三个重大突破是乐康院士团队自2004年以来发起的蝗虫突变基因表达调控和表观遗传调控机制的分子机制研究。在此基础上,该团队现在发现了飞蝗群聚的信息素,揭示了飞蝗群聚的奥秘。中国科学院院士、深圳华大基因研究所所长杨对这一成果发表了评论,认为这是中国科学家在参与人类基因组和水稻基因组计划后对世界做出的又一重大科学贡献。


中青日报中青网x代理邱来源:中国青年报[编者:方家亮]