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。