为什么现在没有“蝗虫过境，庄稼歉收”的新闻了？科技已经发展到能够完全打败蝗灾了吗？想要解答这个问题，不妨深入昆虫的微观世界，了解昆虫聚集的原因，以及蝗灾治理的发展路径。事实上，虽然蝗灾在全球范围内仍偶有发生，但现代科技已经大幅降低了这一威胁，尤其是在许多具备监测与防控体系的国家。这一变化背后，离不开科学家们对蝗虫行为机制的解密与高效防控技术的应用。

中国科学院院士康乐在一次面对公众的讲座中，通过解析信息素介导的蝗虫聚集机制，揭秘了科研团队如何发展出更具针对性、环境友好型的干扰与防控手段，为全球蝗灾治理提供关键科学支撑。

溯源蝗虫：探寻其起源密码

“昆虫聚集如何演变成严重的农业灾害？我们从蝗灾这一典型现象中可以找到清晰的答案。”康乐院士介绍，蝗虫本是散居的绿色昆虫，相对无害；但当它们聚集时，不仅体色会变为黑背棕腹，行为也更具群体性与迁飞性，从而形成了破坏力极强的蝗虫大军。

蝗虫的聚集与化学气味密切相关。如同花香、辣味一样，气味是昆虫与外界沟通的重要媒介，也是它们相互识别、形成群体的关键信号之一。而这种从散居到群居的转变，背后隐藏着深刻的科学机理。

位于Santana formation中的蝗虫化石—早白垩世

从历史维度看，蝗虫在白垩纪就已经出现了，历经六千多万年延续至今，而同时期的恐龙早已灭绝。人类对蝗虫的记载也源远流长：约四千年前，古埃及墓室壁画已描绘出沙漠蝗的形象；几乎同一时期，中国甲骨文中也出现了“蝗”字。

蝗灾自古以来就是重大生物灾害。古人对蝗灾的认知常与神秘观念相连：《圣经·出埃及记》记载蝗灾多达86处，将其视为神罚；中国《山海经》中记载的“肥遗”之虫，被描述为“见则天下大旱”，揭示了人们已洞悉蝗灾与干旱的关联。防治观念也随时代变迁：唐代以前多以祭祀祈求应对，唐太宗李世民曾亲食蝗虫以示治理决心；宋元明清时期，逐步发展出人工扑打、挖卵阻隔等较为主动的防治手段。

时至今日，蝗灾仍威胁着全球约三分之二的地区，尤其在非洲、澳大利亚及我国的内蒙古、新疆等地依然频发。20世纪以来，化学农药如DDT、六六六等一度成为主要的蝗灾防治方式，虽见效快，却带来环境污染、危害非目标生物及人体健康等一系列问题。

然而，我国的蝗灾治理却走出了一条特色之路。生态学家马世俊等在20世纪50年代提出“改制结合”策略，通过改造蝗区生态环境、稳定河道水位、垦殖造林等综合治理，使内地大部分地区蝗害得到长期控制。然而在草原、高原等区域，蝗灾问题仍然突出。

康乐院士表示，当前蝗灾防治的关键在于寻找能够替代化学农药的可持续技术。既然蝗虫成灾的前提是“聚集”，那么未来防治或许可以从群体形成的机制入手，通过干扰其聚集信号、利用生物防治或生态调控等手段，实现精准、绿色治理。

由此可见，从昆虫行为到历史灾害，从化学防治到生态治理，蝗灾问题贯穿古今，揭示出人与自然互动中的挑战与智慧。唯有深入理解其科学规律，持续推动技术创新与生态保护相结合，才能在这一持久战中找到可持续的应对之道。

散居型蝗虫（左图）与群居型蝗虫（右图）

解密蝗灾：剖析蝗虫成灾之因

小小蝗虫如何从散居的“独行侠”聚集成遮天蔽日的“军团”？长期以来，科学界将这一过程的核心关键归结为一种被称为“群聚信息素”的化学信号物质。它如同“集结号”，能将零散的个体汇聚成具有强大“破坏”能力的群体。

康乐院士指出，虽然科学家们最终成功揭示出昆虫社会行为背后精妙的化学通信机制，但寻找这种关键信息素的历程却充满意外与转折。

自20世纪70年代起，科学家们便猜测蝗虫聚集依赖于一种特定的群聚信息素。在众多候选化合物中，苯乙腈一度成为最受关注的“明星分子”。研究发现，它由成灾的群居型蝗虫特异性释放，而散居型个体不释放，这似乎完美地符合了信息素的特征。

然而，深入研究却陷入了“苯乙腈悖论”，因为实验结果相互矛盾。一些研究认为它能吸引同类，符合聚集功能；另一些研究却发现它具有驱避作用，或与求偶抑制有关。一个旨在“召集同伴”的信号分子，理论上不应该同时“排斥同伴”，这种根本性的矛盾让苯乙腈作为群聚信息素的假说摇摇欲坠。

为了破解这一悖论，康乐院士带领团队对飞蝗释放的挥发性化合物进行了系统性分析，发现群居型飞蝗能够释放35种气味化合物，其中仅有苯乙腈和4-乙烯基苯甲醚是群居型特异释放的。

团队通过精巧的行为实验和化学分析，最终为苯乙腈“正名”：它并非群聚信息素，而是一种高效的“化学防御武器”。其作用机制有两层：

一是对外威慑天敌。例如，鸟类天敌在捕食时，会先嗅到苯乙腈的气味。这种气味本身作为一种警告信号，能够驱避鸟类。如果鸟类继续攻击，蝗虫体内的一种酶会立即将苯乙腈转化为剧毒的氢氰酸，形成致命的化学防御。这便解释了为何鸟类倾向于捕食不释放苯乙腈的绿色散居型蝗虫，而避开黑色的群居型个体。

二是对内防止自相残杀。在极度密集的蝗群中，个体间可能发生同类相食现象。苯乙腈的气味同样能抑制这种行为，维持群体内部的基本秩序。

因此，苯乙腈的真实角色是“警戒化合物”和“毒物前体”。它的存在不是为了聚集，而是为了在聚集后保障群体生存——在迁移和扩张时免受天敌侵害，并避免内部互相蚕食。这一发现解释了之前的种种矛盾：苯乙腈释放的化学信号针对的是天敌和紧急防御，而非同类的社交召集。

那么，真正的群聚“集结号”到底在哪里？排除了苯乙腈后，研究的目光自然聚焦到另一个群居型特异化合物——4-乙烯基苯甲醚（4-vinylanisole，简称4VA）上。

康乐院士的研究团队设计了一套严谨的行为选择实验。他们将包括苯乙腈和4VA在内的多种候选化合物设置在测试装置中，并观察蝗虫的行为选择。

实验结果清晰显示：苯乙腈表现出排斥作用，其他几种化合物未引发任何定向选择，唯有4VA对蝗虫表现出强烈且特异性的吸引作用。

通过进一步实验，团队证明4VA的吸引力极其高效且普适：无论是群居型还是散居型蝗虫，无论其性别与龄期，都会被4VA吸引。微量的4VA就能在野外环境中诱集到大量蝗虫。这些确凿的证据链最终证实，4VA才是飞蝗长期寻找的、真正的群聚信息素。

这一发现成为昆虫化学生态学领域的重大突破。它不仅破解了困扰学界半个世纪的“苯乙腈悖论”，厘清了防御与聚集两类关键化学信号的界限，更重要的是精准定位了驱动蝗灾形成的初始化学触发器。

从“苯乙腈”到“4VA”的认知转变，展示出自然界的精妙设计——蝗虫用4VA作为“集结号”来组建大军，又用苯乙腈作为“防弹衣”来保护这支大军。理解这套双重化学信号系统，为蝗灾的绿色防控开启了全新的战略思路。未来，科学家可以探索基于4VA的诱捕技术，或开发干扰其感知的抑制剂，从而在源头阻止蝗群的聚集，实现从“被动化学灭杀”到“主动行为干预”的跃迁，为全球粮食安全提供更环保、更精准的解决方案。

蝗虫群聚信息素4VA的生物合成解码与操控

寻踪信息素：揭开蝗虫群聚之谜

那么，4VA这种化合物具有怎样的特性与释放规律呢？实际上，4VA由蝗虫特异性合成并释放，其释放具有明确的生物学规律：这种信息素主要从蝗虫的后足和翅膀释放，这种指向性释放方式高效且有利于空中传播。其释放量与蝗虫的发育与行为相关，随个体成长而增加，但在蜕皮期间暂停释放，仅在正常活动时分泌，这确保了信号与聚集行为在时间上的同步。而且，不仅群居型个体释放，散居型个体在聚集24小时后也能开始释放4VA，这也解释了散居态如何启动向群居态的转变。

令人意外的是，4VA的释放具有低阈值触发特性。仅需5头蝗虫的微小聚集，就能激发4VA的释放。在野外，这样的小规模聚集极易发生，使得蝗群的形成拥有一个很低的“起跑线”。

那么，蝗虫如何感知4VA信号呢？为了接收到信号，蝗虫自身拥有一套精密的识别系统。蝗虫触角上有数千个感受器，其中锥形感受器是专门捕捉4VA信号的“天线”。在蝗虫140多种嗅觉受体中，嗅觉受体OR35被证实是特异性识别4VA分子的“锁孔”。两者结合，信号便能传入神经中枢，驱动聚集行为。而且，无论是群居型还是散居型蝗虫，都会对4VA表现出相同的趋向性，这也确保了所有个体都能被同一信号召唤。

理论的最终检验在于实践。为了证实这些有关4VA的判断，康乐院士带领团队从实验室走到了田野里。

在天津的野外实验中，研究人员设置了涂有4VA的粘虫板。结果极具说服力：一夜之间，含有4VA的粘板吸引了大量蝗虫，而对照粘板则空空如也。

这一结果确凿无疑地证明了4VA在真实自然环境中是高效、特异的群聚信息素。这项发现，在国际上首次完整证实和验证了蝗虫群聚信息素，解决了该领域的核心科学问题。

群聚信息素4VA在害虫防控中的应用——开发监测预警技术

智控蝗虫：人为干预群聚与迁飞

找到了“集结号”，人类便掌握了干预蝗虫聚集的主动权。然而，更深刻的突破在于，科学家进一步揭示了4VA在蝗虫体内是如何合成的，从而为开发颠覆性的绿色防控技术提供了精确的“靶点”。

团队继续深入探究解析4VA的合成通路，试图找到行为的“总开关”。

研究发现，4VA的原料来源于苯丙氨酸，这是一种植物中常见的氨基酸。苯丙氨酸在体内经过数步转化，最终变为4 -乙烯基苯酚。而起决定性作用的是由一对特异的甲氧基转移酶催化完成的，它们是区分散居与群居的“分子开关”。只有群居型蝗虫能将4-乙烯基苯酚转化为最终的4VA。

这就是4VA的完整生物合成路径。

那么，为什么散居型不释放4VA？如何才能激活上述关键酶的表达，启动4VA合成，发出聚集信号呢？这就需要继续探讨蝗虫种群密度调控的核心机制。

研究发现，当蝗虫密度达到一定阈值（如5头），便会激活上述关键酶的表达，启动4VA合成，发出聚集信号。当密度降低，酶活性被抑制，4VA合成停止。

实验团队通过基因编辑技术敲除这两个关键酶基因后，实验结果显示，群居型蝗虫完全丧失了聚集能力，行为变得像散居型一般。这便证明4VA的合成是群居行为形成的生物化学基石。

基于对4VA合成通路的理解，团队提出了绿色防控新策略的应用蓝图。以从“毒杀”转向“行为管理”的核心思想，可以设计出多种精准、环保的干预策略。

其一，可用于精准诱集与歼灭。在田间设置“诱集带”，喷洒4VA，将分散的蝗虫吸引至小块区域，然后进行集中物理或生物防治，极大减少全田施药量。

其二，可用于行为干扰剂。开发能够抑制关键甲氧基转移酶活性的化合物（如已筛选出的4-硝基苯酚）。通过无人机喷洒此类“行为干扰剂”，使田间蝗虫无法合成4VA，从而始终维持散居、不成灾的状态。

其三，可用于种群动态监测。利用4VA作为高效的引诱剂，建立灵敏的监测网络，实现对蝗虫种群发生期和发生量的精准预报，为防控决策提供科学依据。

展望未来，通过基因编辑技术，培育“闻不到”4VA或“不能合成”4VA的蝗虫品系，将其释放到野外。当它们与野生种群杂交后，便可稀释种群的聚集一致性，从根源上降低大规模集群形成的概率，实现种群的自我调节。

综上所述，对蝗虫群聚信息素4VA的发现及其合成机制的阐明，不仅是一项杰出的科学成就，更标志着一个害虫防控新范式的开端。人类可以利用其高度特异性，开发对人类和非靶标生物安全的干预手段，避免传统农药的广谱毒性；并通过环境友好的方式，将蝗虫控制在不成灾的生态位，既保护农业，也维护生物多样性。

同时，这一新范式为整个害虫防治领域指明了方向——即通过深入研究害虫特有的行为与生理密码，发展精准、智能的绿色技术，取代对化学农药的过度依赖。

中国作为农药使用大国，面临严峻的环境与健康挑战。此项研究如同一道曙光，展示了如何运用尖端科学将害虫防治从一场“毒药战争”转变为一场基于智慧的“行为管理”。这也告诉我们，未来农业的丰饶与生态的健康，可以和谐地建立在深刻理解自然法则的基础之上。

来源：北京科技报

撰文：记者 李晶