新种蝗虫发表论文

郑哲民自述：甘当科技界的二传手我1950年7月毕业于昆明师范学院附中，当时刚解放，和几位同学一块离开昆明参加华北区、华东区的高等学校统考，随后进入苏州东吴大学生物系学习，1952年院系调整，我这个班因只有4人，就合并到上海华东师范大学生物系。在校期间，得到国内一些著名学者如张作人、薛得育等指点，对动物学产生浓厚兴趣。1955年毕业时，考上了北京师范大学动物学专业研究生，师从国内一级教授武兆发先生学习，重点在组织和细胞生物学方面进行研究。1957年研究生毕业，原分配到华东地区，后因一位分配到西北地区的同学有困难，而和他调换，因而来到西安的陕西师范学院生物系，当时陕西师院刚建校一年多，师资缺乏，多数教师是刚毕业的大学生和一部分从中学调上来的年纪较大的老教师，来到这样的环境，大家都差不多，除了搞教学外，没有人能在科研上给以指导。1956年掀起了向科学进军的浪潮，1957年，当我们毕业时，全北京的高校毕业生聚集在工人文化宫，听取了周恩来总理的讲话，周总理号召我们要向科学进军，勇攀科学技术高峰。这些话激励着我，在科学的道路上不断地前进。参加工作后，由于陕西师院是新建院校，仪器设备非常欠缺，我研究生所学专业是组织细胞方面，这里没有能满足进行研究的条件，加上我的导师又刚去世，在陕西师院没有老教师能指导我从事科学研究，但是我觉得只搞教学不搞科研是无法提高的。没有先进的仪器设备，就根据现有的条件进行工作，没有本校的指导教师，我就向外地著名学者求援，得到了著名的昆虫分类学家、上海昆虫研究所夏凯龄教授的帮助，开始进入研究昆虫分类的行列。在当时收集文献资料非常困难，那时还没有复印设备，我都是利用假期回上海探亲的机会到上海昆虫所收集资料，所有的资料都是靠手抄或打字机抄写。记得有一本专著，我断断续续用了5年时间才抄完。当时还没有科研经费，开始时我都是用自己的钱外出采集，以后在科研上有了一些成绩，争取到中国科学院每年给我拨一部分科研经费，使我逐步打开了局面。但是在前进的道路上很不平坦，在60年代前的一些运动中，如红专辩论、交心运动，都把我作为走白专道路、只专不红的典型进行批判。这些并没能动摇我搞科研的决心，我仍然利用业余时间，在假期中进行调查，没有饲养室，我就在自己的宿舍中养虫观察。在“文化大革命”武斗期间，我一个人背着采集工具，离开西安，走遍了西南和华南地区的几个省，采集到大量的蝗虫标本，为使我在“文化大革命”一结束就能很快地在国际国内刊物上发表大量科研论文奠定了基础。多年来，我在昆虫分类、蝗虫的综合分类、蝗虫的综合防治等方面做了大量工作，先后出版专著11部，发表论文450篇。在传统分类方面发现了我国和非洲卢旺达共和国直翅目蝗总科昆虫新属42个，新种320个；蜢总科新属1个，新种4个；蚱总科新属10个，新种67个；螽蟖总科新种5个；半翅目蝽象新种3个。比较系统地记述了我国西南和西北地区蝗总科昆虫8科、31亚科、140属、400余种，编有科、属、种系统分类检索表，对陕西、甘肃、宁夏三省区蝗虫的地理区系进行了划分，并首次对卢旺达共和国蝗虫做了调查，系统报道。在蝗总科昆虫发表的新属、新种约占国内解放后发表总数一半以上。对蚱总科的研究填补了我国在这方面的空白，将我国蚱总科的分类研究推进到一个新阶段。“昆虫综合分类学”是1980年第16届国际昆虫学大会提出的一门新兴学科，它以传统分类学为主体，结合各学科先进技术应用于分类学的一门边缘学科。从1981年开始着手进行研究，以传统分类学为主体，结合生物化学、微量分析、染色体、生化、生理、解剖、发育器、超微结构、数值分类学科来进行我国蝗虫的综合分类。目前在分子系统学及同工酶和RAPD等分析进行了蝗总科、蜢总科、蚱总科、蜻蜒目、螵科、鳞翅目、夜蛾科、蝶类等的研究；染色体分类从C带核型进入G带、Q带、R带，对蝗总科、螽蟖总科进行了研究；生理分类以蝗虫心电图结合时间序列分析进行了蝗总科8个科的分类研究；数值分类进行了锥头蝗科、癞蝗科和斑翅蝗科的研究，在上述领域发表的论文在国内蝗虫研究中为首次，而应用心电图的ARMA谱分析技术于分类中，在国际上尚属首创，为昆虫综合分类学在我国的发展做出了贡献，得到国内外同行的好评。我所做的工作得到了各级政府和学校的肯定。1982年以来，先后被评为陕西省劳动模范、陕西省高教系统先进工作者、陕西师大先进工作者、陕西省高教系统优秀教师、陕西省直科教系统优秀共产党员、两次被评为陕西省直科教系统端正党风先进个人，1987年被中华人民共和国劳动人事部批准为国家级有突出贡献专家，享受政府津贴，1994年被国际名人传记中心授予“有突出贡献的研究会员”。多年来，我共招收、培养了28名博士生、102名硕士生、24名访问学者，并积极为本科生讲课，毕业学生中已有25人晋升为教授，40人晋升为副教授，学生中有承担国家级、省部级重大研究课题的，有担任系主任、教研室主任的，有教学、科研骨干。例如，我的博士生马恩波，现为山西大学生命科学学院院长，教授，博导；徐正会，西南林学院资源环境学完院院长；任国栋，现任河北大学生命科学学院院长，博导；贺达汉，现任宁夏农学院农学系主任；李后魂，现任南开大学生物系主任，博导，教授；周善义，现任广西师大生物系主任，教授；韩雅莉，现任汕头大学生命科学学院院长，教授；廉振民，现任陕西师范大学生命科学学院长，教授；奚耕思，现任陕西省政协委员，陕西师范大学生命科学学院教授，博导；黄原：现任陕西师范大学生命科学学院教授，博导；蒋国芳，现任广西科学院生物所副所长，研究员；李保平，现任新疆农业大学外事处长，教授。我还多次到国外著名大学和国际会议上做有关昆虫综合分类的科研报告。1998年7月，在美国罗德岛州立大学作了蝗虫心电图ABMA谱分析技术在昆虫分类学中的应用的报告。1999年9月，在著名的美国耶鲁大学做有关昆虫综合分类在中国发展的报告。2000年11月，香港中文大学邀请我做了中国动物科学研究的现状和发展的报告。我一直担任陕西师范大学动物所所长，致力于昆虫系统与进化学科建设。近年来负责承担了国家自然基金研究项目5项，陕西省自然科学研究项目4项，中科院区系分类学科特别支持项目2项，与法国“国际蝗虫综合治理中心”及法国“罗纳普朗克公司”合作项目5项。曾获陕西省科学大会奖，陕西省科技成果二、三等奖，陕西省科技进步一、二、三等奖，国家教委科技进步三等奖，宁夏回族自治区科技进步二等奖，山西省科技进步三等奖，陕西省教委科技进步一、二等奖共14项奖励。在科学的道路上，除了要有勤奋努力，坚强的毅力，百折不回的精神。我还要感谢我的恩师夏凯龄教授，是他带领我走上了研究蝗虫分类的道路，使我从一个完全不懂昆虫分类的青年，一步步地走出来。他的这种乐于帮助青年人成长、在科技界被誉为“科技界的二传手”的精神，也使我在培养我的研究生中起到了很重要的作用。

说起蝗虫这种动物，很多人可能会很讨厌，特别是非洲和亚洲部分地区的农民们。因为最近这段时间，一场规模空前的蝗灾在非洲和亚洲一些地区爆发，蝗虫群所到之处，遮天蔽日，把农田里的作物和附近的植被都啃个精光。很多技术落后的地区的人们，面对这些除不尽的昆虫，根本束手无策，只能望天哀叹。

但是，万物终有两面性，蝗虫对于农民来说是害虫，但是对于一些专注于研发排爆设备的科学家们来说，可是宝贝。最近，来自美国密苏里州华盛顿大学的一个研究小组，对一种蝗虫进行“生物黑客入侵”并控制了它们，利用这种昆虫身上复杂的嗅觉系统，用来检测爆炸性化学物质。

传统的化学传感仪器，俗称“电子鼻”，已经发展了几十年，应用于医学、安全和环境监测。这种传统仪器的升级目前似乎已经到达了瓶颈阶段，研发科学家们不得不另辟蹊径，用新的方法开发出新一代的检测仪器。

科学家巴拉尼·拉曼（Barani Raman）和他的同事们对当地的一种蝗虫进行了研究，它们发现这种昆虫的生物嗅觉系统的检测能力完全优于传统的工程设备。因此，他们希望能够通过改造这种蝗虫，来开发新的检测手段。

在最近发表的一篇研究论文中，研究人员描述了他们如何将蝗虫暴露于不同的化学蒸气中，包括炸药三硝基甲苯（TNT）和2,4-二硝基甲苯（DNT），以及非热爆炸物，如热空气和苯甲醛。

研究人员发现，这些蝗虫的每个触角上大约有50000个嗅受体神经元（ORNs），这些嗅受体神经元能快速够检测到这些化学气味。在检测的过程中，电信号很快被传送到昆虫大脑的触角叶。通过在大脑的这一部分连接电极，研究人员能够区分蚱蜢的不同反应，并将它们与不同的化学气味联系起来。

通过连接的电极，这些信号被放大，并通过一个被绑在蝗虫身上的一个小仪器进行无线电传输，科学家们就能在电脑屏幕上很清楚地看到这些信号的变化。整个化学识别过程几乎是瞬间完成的，只需几百毫秒。

研究团队在实验过程中也遇到了一些障碍。经过7个小时的炸弹探测，蝗虫变得疲惫不堪并死亡，而且蝗虫身上的小仪器会限制它的移动。因此，为了让研究小组测试炸弹探测是否在不同的地点起作用，蝗虫被安置在一辆可遥控的小车子上面。这辆小车子搭载着昆虫“排爆小能手”，穿梭在化学气味浓度不同的区域，科学家们就能检测出蝗虫感应到的信号的变化。

最终研究小组成功地证明了，每一只蝗虫的检测准确率都比传统的检测仪器要高。研究人员还发现，蝗虫群体发挥的作用更大。他们发现，只有一只蝗虫的准确率高于60%，但是结合多只蝗虫的数据可以显著地改善检测性能。当蝗虫的数量超过7只时，平均准确率达到了80%。

万物皆有两面性，科学研究的目的就是将世间一切事物的好的一面发挥到极致，将坏的一面的影响降到最低。很显然，在对蝗虫的研究上，我们看到了这一点。

还记得日行150公里、巴基斯坦因它进入紧急状态的沙漠蝗吗？从去年到今年6月，沙漠蝗从非洲之角到伊朗南部和印巴边境，蔓延到20多个国家和地区。1平方公里的蝗群1天就能吃掉3.5万人的口粮，该地区1190万人的粮食供应受到直接威胁。

蝗虫为何能够聚集在一起？解放日报•上观新闻记者获悉，最近，中科院动物研究所康乐院士团队通过分析群居型和散居型飞蝗的体表和粪便挥发物，鉴定到了一种由群居型蝗虫特异性挥发的气味，其释放量低但生物活性非常高——4-乙烯基苯甲醚（4VA）。4VA能够响应蝗虫种群密度的变化，随着种群密度增加而增加，甚至它的产生可由4-5只散居飞蝗聚集而触发，具有很低的诱发阈值。该研究发现和确立了4VA是飞蝗群聚信息素，而过去报道已知的其它化合物都不具备群聚信息素的所有条件，这项研究被认为是昆虫学研究的一个重要突破，相关论文2020年8月12日在国际知名学术期刊《自然》发表。

蝗灾与旱灾、洪灾并称我国历史上的三大自然灾害，曾造成严重的农业和经济损失。当下，在世界范围内，蝗灾仍然对农业、经济和环境构成重大威胁。尽管蝗灾与人类发展历史长期相伴，但是真正在科学上对蝗灾成因的认识不足百年。国际著名昆虫学家和蝗虫学之父尤瓦洛夫发现，飞蝗之所以成灾，是因为蝗虫可以从低密度的散居型转变为高密度的群居型。在尤瓦洛夫提出蝗虫型变理论之前，人们误把散居和群居蝗虫认为是两个不同的物种。散居型蝗虫因密度较低，不发生迁飞，一般被认为无害。群居型蝗虫一旦形成就会导致蝗灾发生，蝗群大规模移动或迁飞则导致更大范围的蝗灾发生。

上世纪七十年代，科学家们才逐步认识到群聚信息素可能是蝗虫聚集的最关键因素。经过50多年几代科学家的不断努力，有几种化合物被认为可能是蝗虫的群聚信息素，这些信息素被命名为蝗醇、蝗酚等。但是，这些化合物中没有一个符合群聚信息素的所有标准，特别是没有野外种群验证的证据。

康乐院士团队在飞蝗触角上的四种主要感器类型中，发现了4VA特异引起锥形感器的反应。在蝗虫的上百个嗅觉受体中，他们发现定位在锥形感器中的嗅觉受体OR35是4VA的特异性受体。当使用基因编辑技术敲除OR35后，飞蝗突变体的触角与锥形感器神经电生理反应显著降低，突变体也对4VA的响应行为和吸引力丧失。

那么4VA在户外和自然环境中能够吸引和聚集蝗虫吗？研究人员将含有4VA的诱芯布置在田间，通过室外草地双选和诱捕实验证明了4VA对实验室种群在户外具有很强的吸引力。进而，他们将诱芯直接布局到蝗虫野外发生区天津北大港，大范围的区块实验再一次证明4VA不仅能吸引野外种群，而且不受自然环境中蝗虫背景密度的影响。

审稿人对文章分别给予了高度评价，一位匿名审稿人认为“研究聚焦于一个极具吸引力的生物学问题，在这个领域取得了非常重要的进展”；一位透明审稿人是国际著名神经生物学家、美国科学院院士、美国洛克菲勒大学莱斯莉•沃斯霍尔教授，她在审稿意见中明确表示“这项工作做出了令人兴奋的发现，找到了一个人们长期寻找的蝗虫群聚信息素分子。文章包含了令人吃惊的多个层次的研究，我给予我无条件的支持，这项杰出的工作不要有任何拖延应该优先在《自然》杂志上发表。”。

该研究不仅揭示了蝗虫群居的奥秘，而且使得对于蝗虫的绿色和可持续防控成为可能。长期以来，人们对于蝗灾的防治主要依赖化学杀虫剂大规模的喷施，而不合理的化学农药的使用对食品安全、生态系统和人类健康产生了巨大的负面影响。康乐院士团队的这项研究将从多个方面改变人们控制蝗灾的理念和方法：利用人工合成的信息素可以在田间长期监测蝗虫种群动态，为预测预报服务；利用人工合成的信息素可以诱集蝗虫，并在诱集带集中使用化学农药或生物制剂将其消灭，从而极大地减少化学农药的使用；根据4VA的结构设计拮抗剂，阻止蝗虫的聚集；嗅觉受体OR35的发现，为使用基因编辑技术建立4VA反应缺失的突变体成为可能，这种突变体长期释放到野外就可能在重灾区建立起不能群居的蝗虫种群，既在野外维持了一定数量的蝗虫，又达到可持续控制的目的，将环境保护与害虫控制有机地结合起来。因此，4VA和它的受体的发现将极大地改变防治蝗虫的对策和技术。