想靠“吃”解決蝗災(zāi)？遺憾的是，它們已經(jīng)預(yù)判到了

出品：科普中國(guó)

作者：小小博（生物學(xué)博士）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

大家對(duì)蝗災(zāi)可能都有一定了解，大量飛蝗聚集形成龐大的種群，這有利于它們覓食、尋找棲息地和選擇配偶等?；葹?zāi)危害極大，大規(guī)?；葹?zāi)形成后，所過之處，寸草不生。

但如此大規(guī)模聚集勢(shì)必引起天敵的注意，增加被捕食的風(fēng)險(xiǎn)，那么大量飛蝗聚集后，為什么沒有成為各種捕食者的“自助餐”而被消滅掉？飛蝗又是采取了什么樣的策略來避免被天敵捕食呢？

蝗災(zāi)

（圖片來源：veer圖庫(kù)）

中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所康樂院士研究團(tuán)隊(duì)對(duì)此進(jìn)行了深入研究，解開了飛蝗群體防御的奧秘。

飛蝗隊(duì)，開大會(huì)，開完大會(huì)換馬甲

飛蝗聚集后由原來的散居型轉(zhuǎn)變?yōu)槿壕有停殡S著它們長(zhǎng)期進(jìn)化出來的防御策略，身體也開始發(fā)生改變。從外觀上看，最為明顯的改變就是體色的變化，未群聚之前，飛蝗以綠色體色為天然保護(hù)色，隱藏在周圍植物中“低調(diào)”生活，防止暴露被天敵捕食。

隨著群聚的發(fā)生，大量個(gè)體聚集在一起，就很難像之前那樣隱藏，飛蝗的體色也逐步向黑棕色轉(zhuǎn)變，這樣顯眼的體色被稱為警戒色。

（關(guān)于飛蝗的體色轉(zhuǎn)變，詳見文章《蝗蟲：怎么，換個(gè)馬甲你就不認(rèn)識(shí)我了？》

http://www.kepu.net.cn/kpqykj/all/2022/202211/t20221130_503347.html）

散居型和群居型飛蝗

（圖片來源：參考文獻(xiàn)）

飛蝗：哥們身上難聞，都給我離遠(yuǎn)點(diǎn)！

除了體色的差別，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了飛蝗氣味上的差異，群居型飛蝗相對(duì)散居型飛蝗額外特異地釋放了苯乙腈這種揮發(fā)物，苯乙腈在氣味上具有刺激性，吸入過量后可能會(huì)出現(xiàn)頭暈、嘔吐等不良反應(yīng)，該揮發(fā)物對(duì)種群密度變化響應(yīng)十分靈敏，種群密度越大，產(chǎn)生苯乙腈越多。而苯乙腈是生物體內(nèi)苯丙氨酸代謝途徑的一個(gè)中間產(chǎn)物，最終會(huì)合成劇毒化合物氫氰酸。

據(jù)此，研究團(tuán)隊(duì)提出科學(xué)假說：群居飛蝗揮發(fā)的苯乙腈可能是嗅覺警戒化合物，可進(jìn)一步合成毒物氫氰酸來防御捕食者。

為了驗(yàn)證這個(gè)科學(xué)假說，研究團(tuán)隊(duì)首先對(duì)飛蝗如何合成苯乙腈進(jìn)行了探究。發(fā)現(xiàn)只有群居飛蝗能產(chǎn)生苯乙腈的前體化合物苯乙醛肟，并只存在于表皮中，散居飛蝗不能產(chǎn)生，而苯乙腈生物合成往往涉及細(xì)胞色素P450家族的基因。通過對(duì)群散居飛蝗差異的P450基因篩選并通過功能驗(yàn)證，證明了名為CYP305M2的基因是苯乙腈合成的關(guān)鍵酶。

這個(gè)基因隨著種群密度的增加，表達(dá)上調(diào)，散居飛蝗中該基因不表達(dá)使得苯乙腈及其前體化合物苯乙醛肟不能在散居飛蝗中合成。同時(shí)利用同位素標(biāo)記的苯丙氨酸和苯乙醛肟通過藥物動(dòng)力學(xué)研究證實(shí)了CYP305M2是催化苯丙氨酸代謝途徑第一步的限速酶，正是這個(gè)基因在群散居飛蝗之間的表達(dá)差異，使得只有群居飛蝗才能產(chǎn)生苯乙腈。

所以說，捕食者要想對(duì)群居的飛蝗下嘴，就得先克服這難聞的味道。

大山雀：我討厭它身上的味道

為了進(jìn)一步證明苯乙腈在群體防御中起到嗅覺警戒的作用，研究團(tuán)隊(duì)利用飛蝗天敵捕食者——大山雀，開展了兩者的互作研究。發(fā)現(xiàn)在有選擇的情況下，大山雀優(yōu)先選擇和喜食散居飛蝗，而不是群居飛蝗。通過在散居飛蝗身上人工涂抹苯乙腈，發(fā)現(xiàn)大山雀拒絕攻擊和取食苯乙腈處理后的散居飛蝗。

相反的，通過RNA干擾技術(shù)敲低CYP305M2表達(dá)，可以使群居飛蝗特異性不能產(chǎn)生苯乙腈，而不會(huì)影響其他化學(xué)和體色特征，這使得操作后的群居飛蝗更頻繁地被攻擊，并優(yōu)先被大山雀取食。所以研究結(jié)果表明了群居飛蝗產(chǎn)生的苯乙腈減少了鳥類的捕食，并在群體防御中作為嗅覺預(yù)警信號(hào)。

苯丙氨酸合成苯乙腈和氫氰酸以及鳥類捕食者對(duì)群散居飛蝗的反應(yīng)

（圖片來源：參考文獻(xiàn)）

飛蝗：別惹我，不然我可放毒了?。?/strong>