研究的重点是迁徙蝗虫,这是一种分布最广的物种,也是一种可以作为一种和平、孤独的生物开始生活的物种。但当它们经历了环境条件的变化,如大量降雨或潮湿时,它们会进入一个群居阶段,在这一阶段,它们会被其他蝗虫强烈吸引,并联合起来形成数十亿只蝗虫群,覆盖广大地区。
当这些巨大的虫群在地表迁移时,它们对农作物造成极大破坏,彻底摧毁农田。研究表明,这种经济负担主要由脆弱地区的自给农承担。今年最近的一次蝗灾是在非洲,在该地区几十年来最严重的蝗灾中,有大城市大小的蝗虫群正在撕裂农作物。
当蝗虫离开独居阶段进入群居阶段时,会发生一些有趣的生物变化。洛克菲勒大学的Leslie B. Vosshall称,色素变化使它们的颜色从绿色变成黑色,它们开始产生一种可以代谢成氰化物的分子。他没有参与研究,但在《自然》杂志上对这一发现写了一篇评论。
研究人员曾认为,在这一过程中的某个地方,一种促进群居的信息素也成为这种混合变化的一部分,但至今无法确认这种化合物。现在,中国科学院的科学家们通过一系列的现场实验、行为测定、电生理记录和嗅觉受体表征,正好做到了这一点。
相关化合物被称为4-乙烯基苯甲醚,研究团队发现,无论是群居的蝗虫还是独居的蝗虫,都会被它强烈吸引。有趣的是,该团队通过实验发现,只需四五只独居蝗虫聚在一起,就能启动聚集信息素的产生,并产生“滚雪球”效应,导致巨大的蝗虫群。
通过调查,该团队在蝗虫身上精准地找到了一种名为OR35的气味剂受体,该受体被4-乙烯基苯甲醚强烈激活。它甚至利用CRISPR-Cas9基因编辑技术,对缺失OR35编码基因的突变蝗虫进行工程设计,发现它们无法检测到信息素,因此对信息素没有反应。
“这一发现令人振奋,因为它表明蝗虫可以被设计成对信息素的影响免疫,”Vosshall写道。
研究人员还需要进一步的工作来了解4-乙烯基苯甲醚在蝗虫的交际阶段究竟在哪里发挥作用,以及它在蝗虫的破坏性行为中扮演什么角色。但这项研究开启了一些令人兴奋的可能性,包括探索可以阻断OR35受体的化合物,以此来防止巨大蝗虫群的形成。
该研究发表在《自然》杂志上。
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