蝗虫研究进展论文

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。

昆虫的营养价值：昆虫是人类向自然界摄取蛋白质的途径之一，据记载：从古时，在人民生活困难的时候，就主要使用昆虫。目前在世界贫穷的国家：如非洲，尼泊尔，埃塞俄比亚等均以昆虫和草根为生，昆虫已成为他们的重要摄取脂肪，蛋白质的途径。从营养价值来看，昆虫含有丰富的蛋白质，干虫体的含量高达百分之30～百分之70而且由20多种重要氨基酸组成，含有人体与动物无法合成的8种必需氨基酸和儿童必须的2种氨基酸，干的蝉含有百分之72，蚂蚁含百分之42，黄蜂含百分之81蟋蟀含百分之65，并且昆虫还含有丰富的脂肪，糖类，矿物质，维生素，水。其脂肪中百分之85为软脂肪和不饱和脂肪酸，所以易被人体所吸收。 丰富的食用昆虫资源：由于昆虫数量多，繁殖多，可以在残酷的环境下生存，所以即使大量捕捉也很难造成生态破坏，并且很多国家的养虫业很发达。我国蚕业，蝗虫资源都很丰富，并且有些地方也有使用它们的习惯。我国曾多次向外国出口蝗虫，蚕蛹等～～～～国外也以开办：苍蝇工厂，蚯蚓工厂等，利用其产卵多，生命力强等特点向大众提供大量蛋白质。全世界约有3000种昆虫可以食用，我国约有800种。由于昆虫的食物转换率高，食用3kg植物蛋白可以换1kg昆虫蛋白，而牛需要8kg植物蛋白才可以换1kg动物蛋白，羊则10kg植物蛋白才可以换1kg动物蛋白.所以因为昆虫繁殖快，数量多，生命力强等特点，昆虫业有很好的发展前景。 使用昆虫的利用情况：在现实社会中，昆虫不仅还可以用作食物，还可以用做医药，许多药如：僵蚕，九香虫，蝉蜕，龙凤，冬虫夏草等既是可以治疗某些疾病，还可以对人生体进行滋补。在古代，昆虫就在人们的食谱上曾有过重要的地位，至今，很多国家还保留着这些习惯。墨西哥的外号叫“昆虫之乡”，有370多种昆虫可以作为佳肴，列入品牌的有60多种，所以墨西哥每年因这个原因吸引了世界很多游客。 利用昆虫或其他产品为原料作为饮料：蜂蜜在很多人群众多很流行，老人小孩都很爱喝，在爱喝的同时还可以对胃和其他器官进行护理。我国在3000多年前就有养蜂的习惯，并且一直流传到现在，蜜蜂也是授粉昆虫，所以对农业也有很好的促进。我国不仅是养蜂，食用蜂蜜最多的国家，也是饲养蜂蜜最多的国家，大约拥有600多万箱蜂群。而且在国内外也有很多人提取蜂毒来治疗人体的风湿等疾病。所以，发展昆虫业是很好的一项事业。