化学信号保护迁徙蝗虫免受同类相食

成群结队的迁徙蝗虫具有自然灾害的规模，威胁着数百万人的粮食供应，特别是在非洲和亚洲。作为圣经十灾中的第八种，旧约中的摩西书已经描述了成群的蝗虫如何使天空变暗，并吞噬了田野和树上生长的一切。

科学家怀疑蝗虫之间的同类相食导致了它们的群体行为，因此蝗群不断前进，因为个体动物总是在逃离追逐它们的同种动物。

“我们想知道这些昆虫如何在巨大的群体中相互影响彼此的行为，以及嗅觉是否起作用。我们的一个重要基础是康斯坦茨马克斯普朗克行为生物学研究所的Iain Couzin对蝗群形成的研究，“研究负责人Bill Hansson说，他是马克斯普朗克研究所进化神经行为学系主任，解释了发表在《科学》杂志上的研究的起点。

迁徙蝗虫发生在不同的阶段：在独居阶段，昆虫单独生活并留在该地区，而在群居阶段，它们表现出典型的蜂群行为，符合其作为迁徙蝗虫的名称。“在大多数情况下，蝗虫处于独居阶段，它们避免与同种动物进行身体接触，吃相对较少的食物。如果由于降雨和充足的食物导致人口密度增加，蝗虫会在几个小时内改变它们的行为;他们可以互相闻，看到和触摸，“该研究的第一作者Hetan Chang解释说。

“这三种类型的刺激会增加蝗虫大脑中的血清素和多巴胺水平，导致独居蝗虫变成攻击性群居蝗虫，非常活跃，食欲大。它们还会释放聚集信息素，最终导致蜂拥而至，对农业生产构成巨大威胁。同类相食只发生在群居阶段。

迁徙蝗虫蝗虫迁徙的行为实验表明，同类相食率随着笼子中群居动物数量的增加而增加。因此，人口密度与同类相食行为之间存在直接关系。为了确定群居蝗虫是否发出在独居阶段不产生的特定气味，研究小组分析并比较了独居和群居蝗虫在幼年阶段发出的所有气味。

在群居阶段产生的17种气味中，只有苯乙腈(PAN)被证明是一种气味信号，可以在行为测试中阻止其他蝗虫。为了进一步证实PAN的功能，科学家们使用了不能再产生PAN的转基因蝗虫。

“我们发现，随着人口密度的增加，不仅同类相食的水平上升，而且动物也产生了更多的PAN。使用基因组编辑，我们能够敲除一种负责产生这种化合物的酶。这使我们能够确认其强大的反同类相食作用，因为当动物不再能够产生化合物时，同类相食再次显着增加，“Chang说。

最大的挑战是找到识别PAN的嗅觉受体。由于蝗虫有140多个嗅觉受体基因，研究小组不得不克隆尽可能多的基因，并逐一测试。使用49多种相关气味对200种不同的嗅觉受体进行测试，最终鉴定出嗅觉受体OR70a是迁徙蝗虫蝗虫迁徙中PAN的高灵敏度和特异性检测器。

对OR70a受体不再起作用的转基因蝗虫的行为实验显示，同类相食率大幅增加，这是由于没有相应受体的蝗虫无法再感知同类相食停止信号。

控制同类相食的信息素绝对是一个新发现。由于同类相食对蝗群动态有重大影响，对这些动物的种群生态学，特别是PAN的影响有了基本的了解，为蝗虫控制开辟了新的可能性。“如果你抑制PAN的产生或受体的功能，你可以让蝗虫表现得更像同类相食，并可能以这种方式控制自己，”比尔汉森说。

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