1  蝗灾对人类造成的影响有多大？

       大家好。蝗虫可以说伴随着人类的历史一直走来。它在人类的历史上与旱灾、水灾，并称为三大自然灾害。蝗虫的历史可以追溯到埃及的古代的壁画，在《古兰经》《圣经》都有对蝗灾的记录。从春秋战国时期一直到清朝的末年，大概两千多年的历史当中，中国有记录的比较大的蝗灾是八百多次。一旦发生以后草木皆失，一平方公里的蝗群它一天消耗的植物的生物量，相当于三点五万人一天的口粮。农作物一旦被蝗虫消耗殆尽的时候，就会发生人民的流离失所，就会发生逃荒，所以这个危害是非常大的。

       那么人类和蝗虫斗争的历史是非常长久的。过去古代，人工扑打、人工捕杀、拿土埋掉、还有放火去烧，都使用过。那么到了近代，一些化学农药都被应用来控制蝗灾。可是大家去想一想，这么大规模地防治蝗虫，那这个化学农药又没有选择性，那会不会是在杀死蝗虫的过程当中，对其他的动物也有危害呢？同时我们知道蝗虫也是自然生态系统当中重要的一部分。如果它不成灾，我们把它保留在自然界，我们在自然界能够听到虫鸣，能够听到鸟叫，这不也是一个很好的回忆吗？这就需要我们的科学家去发展环境友好的，或者说是特异性的防治技术来控制蝗灾。

2  是什么让蝗虫能够由零散的个体聚集成群？

       那么这个问题首先的切入，蝗虫是怎么聚集起来的？这里边有一个什么东西在发挥着这样一个作用呢？1976年的时候，就有一个科学家他发现了蝗虫释放的一种化合物，他认为这个化合物是把蝗虫吸引起来的一个关键化合物，他起的名字就叫蝗醇。在他之后又有许多的科学家又陆续报道了其他的化合物，但是这些报道的所有化合物，不能满足群聚信息素的所有条件。有的只对蝗虫的幼虫有效，有的只对蝗虫的成虫有效。但是所有这些化合物经受不了在野外田间试验的检验，都在自己实验室做一做可以。我和我的团队的成员，我们就来开始研究，我们一共鉴定了有三十五种化合物，有两种化合物是只有群居型释放，散居型是不释放的。一个叫苯乙腈，一个叫4-乙烯基苯甲醚。我们就首先做这两个化合物。

3  群居型蝗虫释放苯乙腈的目的是什么？

       这个苯乙腈呢，过去许多国外的科学家认为是一个群聚信息素。但它有矛盾，有的科学家认为它有驱避作用，有的科学家认为它是一个性外激素，就是吸引异性的。群聚信息素必须是能把大家都吸引来同时没有性别偏好，那这就不符合群聚信息素的基本的概念。所以我们就去调研，那么它在蝗虫里起什么作用呢？我们调研的结果发现这个化合物在某些植物里边是起到抗虫的作用，那么蝗虫合成它一定有它的目的。我们猜想它可能是应对天敌的。因为大家都知道蝗虫成群的时候它无法掩藏，那么这时候可能鸟就会过来捕食它。我们把一个群居型和散居型的蝗虫让鸟类进行选择的情况下，鸟类就取食绿色的散居型蝗虫，而不取食黑色的群居型蝗虫。那么有的同学可能就问了，那是不是颜色在起作用呢？我们为了再验证这个工作，我们又把散居型蝗虫给它一个抹上苯乙腈，一个不抹着苯乙腈，结果鸟类仍然选择的是那个抹溶剂的，而拒绝取食抹苯乙腈的。这就说明体色在这个当中不是鸟类选择的这样的一个前提条件。我们后来发现，当有些鸟类试图在取食群居型蝗虫的时候，苯乙腈迅速合成成氢氰酸。氢氰酸是有毒的，所以这个鸟如果误食了有氢氰酸的群居型蝗虫的话，它就会中毒。中毒以后长期的这样的一种选择，它就会记住群居型蝗虫是不能吃的。第一个化合物我们解决了，跟国际上报道都不一样。

4  群居型蝗虫释放4-乙烯基苯甲醚的目的是什么？

       那么我们就马上转向第二个，4-乙烯基苯甲醚。那么我们首先看这个气味化合物对蝗虫有没有吸引性。过去这样的选择性实验是使用一个“Y”形管，一个管子一端是气味，一个管子一端是空气，然后把蝗虫放进去以后，看它进行选择。大家都知道，人都会犯错误，蝗虫能不会犯错误吗？它万一这走错这胡同，它又退不回来，你就给它记录成它选择这个。所以我们就想在这个实验的设备上能不能进行一个改进，我们就做了一个平面的这样的一个装置。这个装置一分为二，一边是释放气味，一边释放新鲜空气，让蝗虫在这里边自由地去爬行。它在哪儿爬行的时间长，那就说明它喜欢这个地方，它有充足的时间和空间来校正它自己曾经犯过的错误。经过这样一个实验，我们就发现只有4-乙烯基苯甲醚对蝗虫有持续的吸引力。

       大家看这个图，右上角那个就是4-乙烯基苯甲醚的吸引的这样的一个行为的一个图，其他大家可以看就是没有选择，而最左边这个说的是苯乙腈，它就有趋避作用。你看蝗虫都在这边活动，所以说这个图就很好地说明什么呢？以前报道的一些化合物不是没有吸引性就是要不就有排斥性，所以确立了4-乙烯基苯甲醚对蝗虫有明显的吸引性。

5  4-乙烯基苯甲醚是造成蝗虫聚集成灾的关键信息素吗？

       那么这样的有吸引性，它是不是跟群居型有关？我们做了两个实验，第一把群居型单个单个饲养，然后4-乙烯基苯甲醚的合成和释放迅速下降。然后我们又把散居型给它群居饲养，五头、十头、二十头这样群居饲养，结果发现散居型也能释放气味化合物，只要四五头蝗虫聚在一块它就能释放。而散居型的行为的选择在我刚才说的装置上跟群居型是完全一样的，这跟我们在野外观察到群居型的蝗群里边，不断地有散居型蝗虫加入这样一个现象是非常吻合的。

       许多的科学家的实验就做到这儿就停住了，但是我们没有停住。蝗虫我们以前的研究发现，它有一百四十多个化学受体，它跟哪个化学受体结合呢？我们就得要一个一个化学受体，跟4-乙烯基苯甲醚进行作用。经过这样一个发现只有OR35，就是一种化学受体对4-乙烯基苯甲醚有作用。完了我们又在行为当中去做，把蝗虫进行了基因编辑，发现OR35缺失的突变体不能做出对4-乙烯基苯甲醚的吸引性行为。所以的话这个工作做到这儿，在实验室应该做的都已经做完了。可这时候我觉得另外一个挑战放在我的面前，你这个人工合成的化合物，你能不能够到野外去，把野生的蝗虫吸引过来？如果把这个实验做完，那么这个工作就是非常地完美。结果我们到天津去做，结果非常令人吃惊，只要有4-乙烯基苯甲醚，不管背景的蝗虫密度有多高都给它吸引过来。

       所以经受了野外的考验。就说明你这个工作的证据是非常非常的充分。这文章一经发表，国际立即承认和接受，4-乙烯基苯甲醚这样一个化合物是蝗虫的聚集信息素。这些发现给人类提供了一个未来害虫控制的新方向。我不是在杀死你，我是要瞄准蝗灾发生的最关键节点，给它确定在一个特定的基因，特定的一个信息化合物来操纵蝗虫的行为，而不是简单地去喷施药物，这把我们害虫的控制的理念提升到了一个新的高度。

6  聚集以后的蝗虫是如何从散居型转换成群居型的？

       在一百多年前，人们都认为，散居型蝗虫和群居型蝗虫是两个不同的物种。1921年有一个科学家叫尤瓦洛夫，他经过长期的实验观察发现，这是同一个物种的两个生态型，这两个生态型之间可以相互地转变。

       这个用现代的词叫作表型可塑性。这个研究过去是世界上的科学家对它束手无策。我们大概从2000年开始研究这个问题，我们当时就不想再去重复世界上其他科学家，所猜想的这种生理学的差异。我们一步进入基因表达的调控。最后我们发现，这里边非常非常有意思的是，多巴胺和多巴胺代谢通路上的几个基因，调控了两型的转变。大家都知道多巴胺这个东西调控人的情绪，没想到是蝗虫的聚集，是一个让（蝗群）兴奋的这样的行动，是一个让它们能够组织起来的这样的一个行动。我们把多巴胺合成途径上的每一个基因逐个敲掉，它就不能够从散居型变成群居型了。我们给它外源地去注射这多巴胺的前体化合物，散居型就变成群居型了。在行为上就实现了这样一个互变。这工作的意义在于什么呢？散居型要想变成群居型，它必须要提升多巴胺，或者多巴胺的合成，相关的基因表达要上升。那么这工作有没有普遍的意义呢？其实许多动物的聚集，人的聚集，都是多巴胺上升。这个过程就是你刺激我我刺激你，然后使多巴胺就上升，太高了就失去理智了。所以说我们说一些群体性的行为，我们有时候要看它的生理学的基础。但是如果你这时候采取一个很好的方法，你知道我刚才研究的科学方法的话，你就把那个带头的你把他请到你的办公室，他一脱离群，他多巴胺水平就下来了。这时候就非常容易沟通非常容易交流了，他这会儿理智就回来了。还有选拔不同的运动员，或者从事不同的职业来根据多巴胺的情况进行一个参照，这都有非常重要的意义。

7  为什么群居型蝗虫会发生体色的变化？

       刚才说的更多的是行为，大家看到没看到，刚才群居型蝗虫穿着个“黑马甲”，腹面是棕色的，而散居型蝗虫通体是绿色的。

       这么大的一个差别谁调控的？你们大家可能一看，肯定是黑色素。但这个问题也困扰我多年。我的研究生几次跟我报告，做不出来。那么是什么？有一次我去这个德国出差，我在回来的路上，然后我就把这两张图来回切换着看，我看这个散居型和群居型你究竟的差异是什么？我看着看着过程当中我突然回忆起，在中学期间画宣传画的经历。人的头发我就用这个黑色的颜料去画，当时我的这个老师他说，康乐你不能这样去画。你用黑色的颜料画出来的头发太死板，就像假发。他说你要用红、黄、蓝三种原色去调出来的黑色，来画人的头发。这一下把我给启发了。那绿是什么？绿是黄和蓝的组合呀。黑是什么呀？在绿的基础上我把红调上来不就黑了吗？我一下飞机马上找到我的学生，我说黑色素别做了，找红色素。

       经过我们一段的寻找我们发现，蝗虫取食植物，它会摄入一个叫类胡萝卜素，在散居型向群居型转变的过程当中有一个酶上升了。这个酶叫β-胡萝卜素结合蛋白。它俩一结合就是红色。我只要给它个群居刺激，就会激发它这个β-胡萝卜素结合蛋白的表达，一表达身体变黑了，而腹部过度地表达红色，所以成了个棕色。我在一个蝗虫，小小的蝗虫的体内，我实现了一个什么梦想同志们？物理学的三原色规则。

       一个蝗虫的研究，实际上给我们许多的启示。我就是用一个蝗虫来研究生命科学的一个非常独特的现象，就是表型可塑性。那么我现在在做什么呢？我现在是要研究蝗虫能不能作为人类疾病的模型。人类的许多疾病其实就是这样的。比如说痛风，比如说高血压、糖尿病，在一定程度上是可以逆转的。那么它们其实就是生物的表型可塑性的一个在人身上的一个体现。还有联合国展望了人类未来的食品是什么？蝗虫是一个高蛋白、低脂肪、低糖类的一种食品，蝗虫在里边起着很重要的作用。但是蝗虫有过敏性，要想把它发展成为一个食品，你必须要消除它的过敏性，这也是我未来要做的一项工作。我们说了，一片树叶可以反映一个春天，一滴水珠可以折射一个世界，那么我们这样的一个研究，如果能够揭示这些问题，我们不仅可以控制蝗灾，我们还可以为人类的健康服务，这是我的梦想。