自然小科普（1）被城市忘卻的蝗蟲

童話

有時看著從小在小區(qū)高層樓里長大的孩子，一方面感嘆于他們這一代從小的養(yǎng)尊處優(yōu)，另一方面卻也擔(dān)憂他們未來的五谷不分。之前4000億只蝗蟲肆虐的新聞播出時，小朋友突然問我“蝗蟲是什么”，這就是從本期開始GEEK啟動《自然小科普》系列的直接原因。那么第一期就來看看，和我們斗爭了數(shù)千年的蝗蟲吧！

小朋友們都應(yīng)該字過“鋤禾日當(dāng)午”這首詩吧，從神農(nóng)氏教會人們種植莊稼時起，幾千年來我們的國家都是世界上最大的農(nóng)業(yè)國家。我們的祖祖輩輩也都一直在傳承著辛勤勞作和珍惜糧食的美德?？墒?，這個世界上卻也存在著偷吃農(nóng)民伯伯辛苦耕種的糧食的小偷，其中最著名的就屬我們今天要講的蝗蟲了。自古到今，由蝗蟲引起的“蝗災(zāi)”，也是我國歷史上與水災(zāi)和旱災(zāi)相提并論的三大自然災(zāi)害之一。而且據(jù)歷史記載，我們國家曾發(fā)生蝗災(zāi)的頻次、范圍和受災(zāi)程度都堪稱世界之最，比如從公元前707年（魯桓公十三年）到公元1907年（清光緒三十三年）的2614年中，史書中有記載的蝗災(zāi)就多達(dá)508次。

蝗蟲的自白

“嘿，小孩兒，我就是蝗蟲，你也可以叫我的昵稱‘螞蚱或是‘草蜢。你們?nèi)祟惏盐覛w為動物界節(jié)肢動物門昆蟲綱直翅目，我還包括蚱總科、蜢總科、蝗總科等，我的家族有超過10000種不同的兄弟姐妹，光是在中國就有1000多個分支。可以說，世界上除了南極洲之外，幾乎沒有我不在的地方。而且你們?nèi)祟惪偣膊?0億的人口，連我們家庭聚會在一起時總數(shù)的零頭都不如。哼，就憑這一點(diǎn)，怎么能說你們是地球的主宰呢？”

“當(dāng)然啦，相比超南極洲和歐亞大陸北緯55°以北地區(qū)這樣寒冷的地方，我還是更喜歡待在溫暖的地方。所以，全世界的熱帶、溫帶的草地甚至沙漠地區(qū)都能找到我的身影。我吃的東西也很雜，比如說在我的家族里，喜歡吃水稻、小麥、玉米和蔬菜等禾本科植物的有有東亞飛蝗、稻蝗、蔗蝗和尖翅蝗等;喜歡豆類、馬鈴薯、甘薯等作物的有短星翅蝗、苯蝗、負(fù)蝗等;和熊貓一樣喜好竹子的竹蝗;愛吃棉花的棉蝗和負(fù)蝗;以及特別愛跟馬牛羊們搶草吃的西伯利亞蝗、戟紋蝗、小車蝗、牧草蝗、雛蝗、痂蝗以及意大利蝗。一般來說，我們吃東西還是有節(jié)制的，通常只是將葉子咬個洞就換片葉子吃。不過，在我們家族聚會時我們的吃相就會變得很兇殘，我們會把農(nóng)作物吃成光桿，甚至全部吃干凈。等我們吃飽肚子，你們?nèi)祟惥蜎]得吃了！”

哼，看到了嗎，它們還挺囂張。在中國，一般人們也把蝗蟲分為飛蝗和土蝗，而飛蝗中的東亞飛蝗則是在我國分布范圍最廣，危害最嚴(yán)重，也是造成我國蝗災(zāi)的罪魁禍?zhǔn)?。東亞飛蝗的發(fā)生地在我國分布區(qū)域極廣，從北緯42°往南直至南海和云南，西起甘肅南部和四川，東至勃海、黃海沿岸和臺灣等地。其中，長江以北的華北平原，即淮河流域、黃河流域和海河流域中下游的低洼地區(qū)，主要包栝河南、山東、河北、江蘇、安徽等五省與天津市及其所屬縣是其主要發(fā)生地。

它的生理構(gòu)造

生物學(xué)家的叔叔阿姨們將蝗蟲歸為不完全變態(tài)昆蟲，它的一生包括卵、若蟲、成蟲三個階段。我們來拿東亞飛蝗仔細(xì)觀察下蝗蟲的身體結(jié)構(gòu)吧。東亞飛蝗雄性成蟲體長35.5mm-41.5mm，雌蟲則更長一些，能達(dá)到39.5mm-51.2mm。它的身體通常為綠色或黃褐色，也會因環(huán)境影響有所變異。

頭部是蝗蟲的感覺和攝食中心，一對觸角有觸覺和嗅覺作用，位于腦袋上部的一對復(fù)眼則是它最主要的視覺器官，而且它還擁有3只單限，呈倒等腰三角形，不過只起到感光的作用?；认x的口器由5部分組成，是蝗蟲的取食器官，包括上唇、下唇各1片，上顎、下顎各2片，舌1片。上顎十分堅(jiān)硬，適于咀嚼，是切斷、嚼碎植物莖葉的主要結(jié)構(gòu)。

在蝗蟲的前、中、后胸各生有一對腿腳，分別稱為前足、中足、后足。足是分節(jié)的，后足發(fā)達(dá)，適于跳躍，叫跳躍足。蝗蟲的中胸和后胸上還各生有一對翅膀。前翅狹長、革質(zhì)，覆蓋于后翅上，起保護(hù)作用;后翅寬大、膜質(zhì)、柔軟，常折疊在前翅之下，飛行時展開，是適于飛翔的器官。

作為最常見的昆蟲，蝗蟲的腹部也是大有講究的。蝗蟲的腹部由11個體節(jié)構(gòu)成，在第1節(jié)的兩側(cè)，各有1個半月形的薄膜，這是蝗蟲的聽覺器官。在蝗蟲中胸、后胸和腹部第1節(jié)到第8節(jié)兩側(cè)相對應(yīng)的位置上各有1個小孔，這小孔叫氣門，共有10對。氣門是氣體出入蝗蟲身體的門戶，氣體交換是通過氣管與組織細(xì)胞完成的。

蝗蟲一般屬于兼性滯育昆蟲，多以卵在土壤中的卵囊內(nèi)越冬，僅諸如日本黃脊蝗、短腳斑腿蝗等少數(shù)種類以成蟲越冬。在一年中發(fā)生的世代數(shù)，取決于該物種的生物學(xué)特性與不同地區(qū)的年有效積溫、食物、光照及其各蟲期生長發(fā)育情況。例如亞洲飛蝗在我國分布區(qū)一年發(fā)生1代。東亞飛蝗在我國長江中、下游及其以北分布地區(qū)為2代，而江淮河流域的高溫干旱年份則為3代或不完整3代，華南地區(qū)為4-5代。中華稻蝗在長江以北地區(qū)為1代，江南則為2代。

獨(dú)居與群居

早在《詩經(jīng)》中，我國就有關(guān)于蝗蟲的記錄，此后歷朝歷代也有不少詩句留下，比如“去年久旱綿千里，犁不入土蝗蟲稠”“河南長吏言憂農(nóng)，課人晝夜捕蝗蟲”“即今極目如云稼，曾是蝗蟲蓋地皮”等等。而在西方，蝗蟲也是惡魔的象征。在人類歷史上，現(xiàn)在可以看到的最早的蝗災(zāi)景象是公元前2400年古埃及墓室中的一幅壁畫?！秵⑹句洝酚涊d，在第五位天使吹響號角時會出現(xiàn)的“墮天使”，號角一響，天上一顆星就會降臨大地，打開通往國著蔽天黑煙的無底深坑的洞口，然后以亞巴頓為首的蝗蟲魔軍噴涌而出，讓人類遭受長達(dá)5個月的折磨。

可問題是，蝗蟲一般在獨(dú)處時儼然是綠油油的乖乖仔，食量少，飛行距離也就幾十米;一聚集便成了土黃色的狂暴惡魔，不僅食欲大增，瘋狂交配，攻擊性極強(qiáng)，對掉隊(duì)的蝗蟲互相啃食，還能夠連續(xù)飛上千公里。此外，在生理構(gòu)造上，它們也存在一定的差異。以東亞飛蝗為例，它們的前胸背板中隆線一般比較發(fā)達(dá)，從側(cè)面看散居型略呈弧形，群居型則微凹。群居型后足腿節(jié)上側(cè)有時有2個不明顯的暗色條紋，散居型常消失或不明顯。甚至在20世紀(jì)以前，很多人都認(rèn)為它們是兩個物種，1921年俄羅斯科學(xué)家才證明它們是同一物種的兩種形態(tài)。

科學(xué)家們將蝗蟲放在一個密閉的空間里，并通過錄像拍攝它們的行為。當(dāng)數(shù)量20只時，蝗蟲會朝著各自不同的方向自由飛翔，處在一種無序狀態(tài)之中?；认x數(shù)量增加到60只時，一個很有趣的現(xiàn)象發(fā)生了：蝗蟲開始朝著同一個方向移動，并不斷在打圈。等到錄影結(jié)束后，研究者發(fā)現(xiàn)居然少了_一只蝗蟲。這令大家十分驚訝，蝗蟲采取一致的方向時，究竟發(fā)生了什么？于是，他們將錄像帶倒回去放，才發(fā)現(xiàn)蝗蟲數(shù)量增加后互相碰撞。在這過程中，蝗蟲也—下從溫和的素食者騾變成了兇猛的肉食者。它們之間相互撕咬，最后導(dǎo)致一只蝗蟲被硬生生地吃掉了。人們才逐漸發(fā)現(xiàn)蝗群整齊有序地往前飛是因?yàn)楹ε伦约罕煌槌缘?。因?yàn)樗坏┎慌c其他蝗蟲保持隊(duì)形，就會暴露其脆弱的側(cè)翼，從而喪失性命。只有在保持一致的隊(duì)形時，蝗蟲才處于較為安全的位置。這似乎說明了，表面上蝗蟲群體能站在同一戰(zhàn)線，最根本的原因是來自死亡的恐懼：害怕被同伴吃掉。

此后我國科學(xué)院破譯了蝗蟲的基因圖譜，發(fā)現(xiàn)飛蝗的基因組很大，約是人類基因組的兩倍多大小。而且群居型和散居型飛蝗，基因表達(dá)具有顯著差異，比如在神經(jīng)發(fā)育和可塑性調(diào)控相關(guān)的多個基因呈現(xiàn)不同的甲基化模式，而且在與激酶、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白、微管蛋白等系統(tǒng)相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄以及可變剪接情況，也有很多不一樣的地方。

那么問題來了，原本分散各處的蝗蟲究竟是如何聚集到一塊的呢？它們又如何進(jìn)行聯(lián)系？關(guān)于這個問題，有一種學(xué)說認(rèn)為，隨著蝗蟲密度的增加，個體間身體相互接觸傳遞某種信息，刺激蝗蟲體內(nèi)黑化誘導(dǎo)素大量增加，使蝗蟲體色由綠變黑。另一種學(xué)說認(rèn)為，散居型和獨(dú)居型這兩種生態(tài)型能相互轉(zhuǎn)變，是因?yàn)闇囟?、濕度等影響。但這些假說一直都沒有確鑿證據(jù)?；认x如何從散居變?yōu)槿壕拥膬?nèi)在機(jī)制是全世界的科學(xué)家力求攻克的關(guān)鍵課題。

中國的滅蝗史

聚集后的蝗蟲，數(shù)量多到一定程度，自然就形成了蝗災(zāi)。隨著我國城市化演迸速度日益加快，農(nóng)業(yè)科技的不斷發(fā)展，蝗災(zāi)似乎已經(jīng)變得離我們越來越遠(yuǎn)了?？稍诠糯?，對付蝗蟲卻不是一件容易事兒，更不是像今天很多人說的靠中國人的“吃貨”屬性去解決。

自漢朝以來，受董仲舒“天人感應(yīng)”學(xué)說的影響，封建迷信的人們認(rèn)為上天有蝗神存在。發(fā)生蝗災(zāi)，是因?yàn)槿祟愖鲥e了事情，蝗神對人類實(shí)施懲罰。如果這時候捕殺蝗蟲，會激怒蝗神，導(dǎo)致更加嚴(yán)厲的懲罰。所以，每當(dāng)蝗災(zāi)發(fā)生后，皇帝會主動下“罪己詔”，承認(rèn)施政錯誤，請求蝗神原諒;民間會架起祭壇，焚香禱告，希望蝗神保佑人民，祈求蝗蟲遠(yuǎn)離莊稼。譬如唐朝開元四年，山東地區(qū)發(fā)生一場罕見的蝗災(zāi)，引得名相姚崇和多位官員激烈爭論，才使得唐玄宗下定決心大規(guī)模捕殺蝗蟲。但“殺蟲太多有傷天和，只有修德才能消除天災(zāi)”的理論，在封建王朝的官員之中仍大行其道。這也導(dǎo)致老百姓不再局限于發(fā)生蝗災(zāi)時祭拜蝗神，還在全國各地建立了許多蝗神廟，將祭拜行為“制度化”，形成了一整套系統(tǒng)的祭祀制度。

1745年，乾隆皇帝下令禁止民間祭拜蝗神，并下令拆除蝗神廟?？墒?，蝗神廟雖然消失了，卻多了劉猛將軍廟、蒲神廟、農(nóng)神廟、三皇廟、梁祝廟一一它們名字不一樣，但功能與性質(zhì)還是祭拜蝗神。直到晚清民國時期，我國偏遠(yuǎn)地區(qū)鄉(xiāng)村的農(nóng)民，仍然把蝗蟲當(dāng)作是“神蟲”，例如1927年山東省高密發(fā)生了蝗災(zāi)，人們紛紛在堂屋或者田邊擺起神案，上香祈求;1931年，江蘇省北部一帶發(fā)生蝗災(zāi)，當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民焚香祝拜，希望蝗蟲早日飛走。

在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)社會，蝗災(zāi)的發(fā)生與饑荒是緊密相連的，歷朝歷代都十分重視對于蝗災(zāi)的治理。不迷信蝗神的人們通常采用人工撲打、鳴金驅(qū)趕、篝火誘殺、壕塹掩埋等辦法滅蝗，也有過據(jù)蟲除卵的“科學(xué)”方法來治理。比如《治蝗全法》就總結(jié)了宋代以來“據(jù)蟲除卵”的經(jīng)驗(yàn)：凡是蝗蟲蟲卵滋生的地方，地上都常有無數(shù)像蜂巢一樣的小孔，必須果斷挖土鏟除。明清年間，人們更開發(fā)出了原始“農(nóng)藥”，比如“百步草濃汁”和”陳醋混合液”，專用滅殺蟲卵。

但是，這些辦法對于大面積的蝗災(zāi)，收效甚微?；葹?zāi)發(fā)生之時，蝗蟲的密度太高了，人們根本來不及驅(qū)趕和捕殺。因?yàn)樗鼈兪窃诳罩酗w翔的，如此密集的蝗蟲，所到之處，遮天蔽日，莊稼盡毀，顆粒無收。在古代，因人類的剩余糧食不足，當(dāng)農(nóng)作物被毀之后，緊接著就會引起饑荒。電影《l942》所展現(xiàn)的正是祖輩們曾經(jīng)遇到過的災(zāi)難。

蝗災(zāi)遠(yuǎn)去了嗎？

勤勞的中國人和蝗蟲之間的戰(zhàn)斗，從未停止。其實(shí)早在明清時期，就出現(xiàn)了不少影響深遠(yuǎn)的治蝗類農(nóng)書，在蝗蟲習(xí)性、蝗災(zāi)發(fā)生規(guī)律、除蝗技術(shù)等方面有了初步的科學(xué)認(rèn)識和總結(jié)。如明代著名科學(xué)家徐光啟，通過對明代以前蝗災(zāi)的統(tǒng)計(jì)、分析，得出有關(guān)古代蝗災(zāi)發(fā)生季節(jié)和滋生地的正確認(rèn)識，成為中國古代蝗災(zāi)研究的杰出成就。進(jìn)入20世紀(jì)后，伴隨國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，來自不同專業(yè)的學(xué)者們投身于中國歷代蝗災(zāi)與治蝗問題的研究，取得了許多引人注目的成果。尤其是在20世紀(jì)90年代，為響應(yīng)聯(lián)合國提出的“減災(zāi)十年”活動，我國學(xué)術(shù)界更掀起了對中國災(zāi)害學(xué)、災(zāi)害史的研究熱潮。

改革開放后，伴隨著科學(xué)春天的到來和人們環(huán)境意識的加強(qiáng)，尤其是減災(zāi)活動的展開、災(zāi)害學(xué)學(xué)科的興起，對有關(guān)中國古代蝗災(zāi)與治蝗的研究越來越重視，學(xué)者們在關(guān)于蝗災(zāi)發(fā)生的頻度與強(qiáng)度、防治蝗災(zāi)的措施方法等問題上的研究投入了頗多精力，有關(guān)研究呈現(xiàn)出多角度、系統(tǒng)、全面、深入探討的趨勢，尤其是在多學(xué)科知識交叉運(yùn)用方面更為突出。

而蝗災(zāi)的治理，目前來看仍然主要是依靠飛機(jī)、汽車或者人工噴灑殺蟲劑進(jìn)行滅殺。因此預(yù)測和找到蝗蟲可能聚集、準(zhǔn)備切換為群居狀態(tài)的地區(qū)，在其轉(zhuǎn)為群居之前殺滅，才是最有效和最科學(xué)的辦法?，F(xiàn)在我國的蝗災(zāi)治理主要致力于研究“3S”技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測，即RS遙感技術(shù)子系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)子系統(tǒng)、GPS全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)子系統(tǒng)，以及采用系列新式生物藥劑的綠色治蝗技術(shù)的發(fā)展，初步實(shí)現(xiàn)了”飛蝗不起飛成災(zāi)、土蝗不擴(kuò)散危害、入境蝗蟲不二次遷飛”。

值得注意的是，雖然住在城市里的我們似乎已經(jīng)很少聽到國內(nèi)發(fā)生蝗災(zāi)的新聞，但這并不意昧著我國的蝗災(zāi)因農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展而消失。反之，只要是自然環(huán)境條件合適，蝗災(zāi)便會卷土重來。比如2000年6月，數(shù)十年未見的蝗災(zāi)襲擊河南省;同年，新疆北部爆發(fā)特大蝗災(zāi);2002年6月，我國多地農(nóng)牧區(qū)發(fā)生蝗災(zāi)面積達(dá)9000萬畝;2009年的蝗災(zāi)，僅山東省受災(zāi)面積就高達(dá)1100多萬畝;2012年，原國家農(nóng)業(yè)部發(fā)動河北、內(nèi)蒙古、甘肅等十個地區(qū)進(jìn)行牧雞治蝗，全國有1.25萬農(nóng)牧戶出動了近300萬只雞，對1400多萬畝草原蝗蟲進(jìn)行了治理;2017年山東濰坊爆發(fā)蝗災(zāi)……

寫在最后

此次在東非和中東地區(qū)發(fā)生的嚴(yán)重蝗災(zāi)，已經(jīng)讓多國宣布進(jìn)入國家緊急狀態(tài)。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織警告，一只沙漠蝗成蟲一天能吃掉與自己體重相當(dāng)?shù)氖澄?，約2克。一個普通規(guī)模的沙漠蝗群通常由4000萬只蝗蟲組成，能在一天內(nèi)飛行達(dá)150公里，吃掉35000人一天的糧食。更為可怕的是沙漠蝗的繁殖能力。依天氣和環(huán)境而定，沙漠蝗每代存活期約為3個月。如果條件適宜，蝗群每繁殖一代，種群數(shù)量可增加20倍。如果各國不采取行動，到今年6月，蝗群的種群數(shù)量將增加400倍。對于多國為何會遭遇如此大規(guī)模的蝗災(zāi)，研究人員認(rèn)為，氣候變化是主要原因。世界氣象組織報告顯示，受印度洋偶極子（印度洋海溫異?，F(xiàn)象，和厄爾尼諾類似）影響，非洲之角地區(qū)（非洲東北部）去年10月、12月遭遇了有記錄以來的最大降雨。部分地區(qū)的降雨量是正常情況下的400%。而2018年，阿拉伯半島南部遭遇了兩場氣旋風(fēng)暴;2019年，附近地區(qū)共出現(xiàn)了九次氣旋風(fēng)暴。往年，相關(guān)地區(qū)沒有或者很少出現(xiàn)氣旋風(fēng)暴。這種炎熱潮濕氣候?yàn)樯衬鹊谋ㄐ苑敝程峁┝送昝罈l件。從目前來看，此次成災(zāi)的沙漠蝗從印度直接進(jìn)入中國的可能性不大，因?yàn)檫@種蝗蟲的生存條件在中國并不完全具備，同時中國也擁有地理上的天然屏障（昆侖山脈和喜馬拉雅山脈阻隔，蝗蟲很難越過高海拔的寒冷地區(qū)）。不過我們卻從這次的蝗災(zāi)中看到，不少地區(qū)因?yàn)閼?zhàn)爭、內(nèi)亂和貧窮落后，無法派遣足夠的飛機(jī)噴灑，無法保障減災(zāi)人員的安全，甚至無法保障受災(zāi)百姓的溫飽。而生活在和平都市中的我們，卻已經(jīng)幾乎都要將蝗蟲“忘卻”了。還是那句話，歲月靜好的背后，總有一些人一直在為我們負(fù)重前行！

Tips

雞鴨和吃貨能消滅蝗災(zāi)嗎？

吃蝗蟲并不是現(xiàn)代人的專利，蝗蟲可食可藥用，古已有之?！侗静菥V目》記載，蝗蟲單用或配藥使用能夠治療多種疾病，如咳嗽、氣短、破傷風(fēng)、急慢驚風(fēng)、高血壓等。而大量現(xiàn)代關(guān)于蝗蟲營養(yǎng)價值的研究表明，蝗蟲的蛋白含量高達(dá)74%以上，絕大多數(shù)種類的蝗蟲都含有+多種氨基酸，堪稱高蛋白、低脂肪、低能量且富含礦物質(zhì)的天然保健食品。但以上只是針對散居蝗蟲或是人工養(yǎng)殖的蝗蟲而言。蝗蟲切換為群居狀態(tài)后，會大量釋放揮發(fā)性化合物苯乙腈，并在遭到攻擊時會立即將苯乙睛轉(zhuǎn)化為劇毒化合物氫氰酸。當(dāng)蝗蟲大量聚集時，不僅動物不能吃，人也無法食用。此外，一個稍具規(guī)模的蝗群，往往由數(shù)以千萬計(jì)的蝗蟲組成。而且它們具備非常強(qiáng)大的飛行遷徙能力，因此單純依靠雞鴨，是無法消滅大規(guī)模蝗災(zāi)的。