揭示蝗虫生物集群的奥秘

揭示蝗虫生物集群的奥秘

作者：葛兴芳

来源：《大自然探索》2014年第11期

自然界中一些生物行为的实施往往会让人类付出很大的代价。例如，蚱蜢的一些类群在特定的环境下会变成蝗虫，这时它们由独居变成集群生活，并很快进行交配繁殖。它们肆无忌惮地采食，瞬间便可将植物的地上部分洗劫一空，仅剩光秃的地表。

你知道吗？蝗虫其实是一种触角较短的蚱蜢，属于直翅目、蝗亚目昆虫。这种蚱蜢在其蚱蜢阶段，以独居的形式存在，外形和行为与其他种群的蚱蜢类似；而在某个时期，它们的生理及行为发生了根本性的变化：体形和大小明显变化，体色也发生较大变化，飞行距离增长。于是，它们就变成蝗虫了。

对草原和农作物而言，蚱蜢和蝗虫都是有害的。不过，蚱蜢是独居生活，孵化出的后代也是独居的蚱蜢，其危害性较小；而蚱蜢一旦变成蝗虫，它们是群居生活，孵化出的后代是群居的蝗虫，其危害性很大。自1950年开始，一场严重的蝗灾席卷马达加斯加岛。一个新的蝗虫种群在2012年又迁徙到这里。到2013年6月，蝗灾已扩散到该国一半以上的区域。2013年3月，约3000万只沙漠蝗虫袭击了埃及，并且向中东蔓延。照此下去，那里将有数百万人因蝗灾而发生饥荒。 集群刺激

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从古至今，这种蚱蜢都一直遵循着这样的规律。是什么原因导致独居的蚱蜢变成群居的蝗虫的呢？尽管这一现象早在很久之前就被人类发现，并在《圣经》和《古兰经》中都有记载，但其成因到现在一直未有定论。

令人惊奇的是，它们头一天还是蚱蜢，第二天就变成了蝗虫，而且这种变化没有季节性规律，也不是每年都发生。人们唯一知道的是，它们似乎在某一时间不得不做出一个集体的决定。于是，就像自然界中的其他许多无法解释的现象一样，在某些地方蝗灾的出现被人们认为是上帝对人类的惩罚。

不过，在2000年，研究人员有了一个较大的突破。他们设计了一种自动录像系统来记录沙漠蝗虫的活动，他们还通过人为控制蚱蜢的种群密度，观察这是否会影响独居的蚱蜢变成群居的蝗虫。

研究人员应用这项技术进行了对比试验。一种情况是气候温暖食物充足，蚱蜢种群密度较小；另一种情况是环境恶化，蚱蜢种群密度很大。结果发现，高密度的蚱蜢会相互撞击、摩擦，甚至啃咬。研究证实，当蚱蜢开始相互撞击、啃咬时，它们便变成了蝗虫。突变而成的蝗虫的体形比蚱蜢大。蝗虫很快交配并繁育出新的蝗虫。不过，研究发现，只要人为地阻挡蚱蜢感知其种群密度的变化，并且切断它们的感知神经，就可以阻止它们发生集群行为。 究竟是什么原因导致这种变化出现的呢？进一步的研究表明，当蚱蜢相互撞击、啃咬时，它们的体内会释放一种“集群的信息素”——5羟色胺，这种化学物质会影响群体中其他成员的行为和生长。随着蚱蜢种群密度的增加，导致蚱蜢相互间的啃咬越来越多，导致分泌更多的5羟色胺，以更大的种群密度聚集在一起，并据此判断周围的环境，做出朝哪个方向行进的决定。这种集群方式使许多小群的蚱蜢聚集起来，而当这个过程发展到一定程度，也即蚱蜢的种群密度达到一定值（极限值）时，5羟色胺的释放就会导致蚱蜢向蝗虫转变。

其实，类似蝗虫的集群现象在动物界还有许多。例如，蜜蜂如何选择蜂巢，鸟群往哪里迁徙，白蚁如何建立地下宫殿，沙丁鱼如何成群地迁徙生活，肿瘤细胞如何扩散，等等。这些现象的发生都是由群体决定的，而如何解释这些现象，目前依然是谜。当然，人类、猿、大象和鲸类除外，因为较高的意识和文化阻止他（它）们这样做。