中科院团队发现4VA：破解蝗虫成灾百年谜题
中科院团队发现4VA：破解蝗虫成灾百年谜题
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蝗虫：从“害虫”到生态角色的转变
提起蝗虫，大家应该并不陌生。在夏秋之际的城市草坪或乡下田野中，这种四处跳跃、偶尔快速低飞的昆虫，俗称“蚂蚱”，学名是飞蝗（蚂蚱有很多种，飞蝗只是其中一种）。
然而在早些年，我们的父辈祖辈生活的时代，人们可谓是谈“蝗”色变，这一点从造字上就可见端倪，“蝗”字为“虫”“皇”的组合字，古人面对铺天盖地的蝗灾无能为力，认为蝗虫是虫中之皇，甚至还修建了蝗神庙供奉，祈祷不要发生蝗灾。
蝗虫（图片来源：veer图库）
那么，小小的蝗虫为何能变成灾难？为什么几十年来中国没有出现严重蝗灾？
答案是，蝗虫成灾绝不是危言耸听，是真实存在的。中国历史上，蝗灾与水灾、旱灾并称为三大自然灾害，在古代，漫天飞舞的蝗虫会将百姓一年的收成啃食干净，甚至所有绿叶植物都不能幸免。中国曾是世界上受灾程度和范围最严重的国家之一！
所幸，经过科学的治理，新中国成立后已基本消灭了蝗灾。但出于防患于未然的考虑，我国一直都在进行蝗虫防治的研究，并且早已深入到分子领域，甚至走在世界的前沿。
揭秘蝗虫聚群成灾的化学信号
经过观察和研究，科学家们发现草丛中这些分散的绿色蝗虫，并不会形成自然灾害，反而是生态系统的重要组成，但是当它们聚集起来，却成了灾害。那么，究竟是什么让原本无害的蝗虫聚群成灾？
这个问题自从1921年蝗虫学之父尤瓦洛夫发现蝗虫存在散居（不成灾）和群居（成灾）两种形态后，一直困扰了科学家近百年的时间。
散居型和群居型飞蝗（图片来源：参考文献1）
直到2020年，中国科学院院士康乐带领中国科学院动物研究所的团队，通过严谨细致的研究，终于发现了吸引蝗虫聚集成灾的化学物质：4-乙烯基苯甲醚（以下简称4VA）。这种化合物作为一种吸引剂，通过蝗虫的嗅觉感受器来吸引蝗虫聚集成灾。
这个发现意义重大，首次从微观水平找到了诱发飞蝗成灾的化学信号，解决了困扰昆虫学界百年的难题。在修改了蝗虫嗅觉的4VA感受器之后，蝗虫就无法被4VA吸引聚集，也就不会形成蝗灾了。
4VA的另一重身份：调控生殖同步性
研究并未止步于此，对4VA的持续研究，揭开了它的另一重身份。
大量研究表明，群居动物常常表现出高度的繁殖同步性，即群体中的个体具有相同或相近的生殖周期。这一特性对动物在自然界中的生存有许多好处，比如同步繁育可以提高交配成功率和后代存活率、降低被捕食风险等。
基于此，王宪辉研究员团队和康乐院士团队合作，发现飞蝗聚集信息素（4-VA）也具有促进雌性个体同步性成熟的功能。
植物上的蝗虫（图片来源：veer图库）
研究发现，群居型雌性比散居型个体性成熟更早且更一致，产卵时间也更为集中。通过控制变量，科学家发现这种现象是由群居型雄性体表化学挥发物诱发的，而群居雌性和散居雄性体表挥发物则没有这种效果。
进一步研究揭示，4-VA能够促进年轻雌性性成熟，但对年龄偏大的雌性没有明显作用。这种差异并非由嗅觉感知能力不同导致，而是因为保幼激素（JH）的影响。在年轻雌性中，4-VA处理会引发JH系统的变化，而在年龄偏大的雌性中则没有这种变化。
结语
在飞蝗的世界里，在特定的时间，雄性散发的气味“4-VA”激活雌性成虫的JH系统，让年轻的雌性加速性成熟，通过这种“追赶”策略，来实现整个群体内的性成熟同步。显然，4-VA的这种功能多样性表明这种化合物在飞蝗大规模群体形成和维持中具有十分重要的作用。要想消灭蝗灾治标也要治本，而4VA这一神奇的化学物质带了给我们希望，因为通过抑制它，我们不但可以防治当代蝗虫聚集成灾，还可以破坏蝗虫的生长发育一致性，使下一代蝗虫变得零散，更不容易成灾。
这项研究成果也告诉我们，探索发现的过程要敢于想象，举一反三，老朋友可能还有新面孔。
参考文献：
- Guo, X., Yu, Q., Chen, D. et al. 4-Vinylanisole is an aggregation pheromone in locusts. Nature 584, 584–588 (2020).
- Dafeng Chen, Li Hou, Jianing Wei, Siyuan Guo, Weichan Cui, Pengcheng Yang, Le Kang, Xianhui Wang (2022) Aggregation pheromone 4-vinylanisole promotes the synchrony of sexual maturation in female locusts eLife 11:e74581