揭示蝗蟲生物集群的奧秘

葛興芳

自然界中一些生物行為的實施往往會讓人類付出很大的代價。例如，蚱蜢的一些類群在特定的環境下會變成蝗蟲，這時它們由獨居變成集群生活，并很快進行交配繁殖。它們肆無忌憚地采食，瞬間便可將植物的地上部分洗劫一空，僅剩光禿的地表。

你知道嗎？蝗蟲其實是一種觸角較短的蚱蜢，屬于直翅目、蝗亞目昆蟲。這種蚱蜢在其蚱蜢階段，以獨居的形式存在，外形和行為與其他種群的蚱蜢類似；而在某個時期，它們的生理及行為發生了根本性的變化：體形和大小明顯變化，體色也發生較大變化，飛行距離增長。于是，它們就變成蝗蟲了。

對草原和農作物而言，蚱蜢和蝗蟲都是有害的。不過，蚱蜢是獨居生活，孵化出的后代也是獨居的蚱蜢，其危害性較小；而蚱蜢一旦變成蝗蟲，它們是群居生活，孵化出的后代是群居的蝗蟲，其危害性很大。自1950年開始，一場嚴重的蝗災席卷馬達加斯加島。一個新的蝗蟲種群在2012年又遷徙到這里。到2013年6月，蝗災已擴散到該國一半以上的區域。2013年3月，約3000萬只沙漠蝗蟲襲擊了埃及，并且向中東蔓延。照此下去，那里將有數百萬人因蝗災而發生饑荒。

集群刺激

從古至今，這種蚱蜢都一直遵循著這樣的規律。是什么原因導致獨居的蚱蜢變成群居的蝗蟲的呢？盡管這一現象早在很久之前就被人類發現，并在《圣經》和《古蘭經》中都有記載，但其成因到現在一直未有定論。

令人驚奇的是，它們頭一天還是蚱蜢，第二天就變成了蝗蟲，而且這種變化沒有季節性規律，也不是每年都發生。人們唯一知道的是，它們似乎在某一時間不得不做出一個集體的決定。于是，就像自然界中的其他許多無法解釋的現象一樣，在某些地方蝗災的出現被人們認為是上帝對人類的懲罰。

不過，在2000年，研究人員有了一個較大的突破。他們設計了一種自動錄像系統來記錄沙漠蝗蟲的活動，他們還通過人為控制蚱蜢的種群密度，觀察這是否會影響獨居的蚱蜢變成群居的蝗蟲。

研究人員應用這項技術進行了對比試驗。一種情況是氣候溫暖食物充足，蚱蜢種群密度較小；另一種情況是環境惡化，蚱蜢種群密度很大。結果發現，高密度的蚱蜢會相互撞擊、摩擦，甚至啃咬。研究證實，當蚱蜢開始相互撞擊、啃咬時，它們便變成了蝗蟲。突變而成的蝗蟲的體形比蚱蜢大。蝗蟲很快交配并繁育出新的蝗蟲。不過，研究發現，只要人為地阻擋蚱蜢感知其種群密度的變化，并且切斷它們的感知神經，就可以阻止它們發生集群行為。

究竟是什么原因導致這種變化出現的呢？進一步的研究表明，當蚱蜢相互撞擊、啃咬時，它們的體內會釋放一種“集群的信息素”——5羥色胺，這種化學物質會影響群體中其他成員的行為和生長。隨著蚱蜢種群密度的增加，導致蚱蜢相互間的啃咬越來越多，導致分泌更多的5羥色胺，以更大的種群密度聚集在一起，并據此判斷周圍的環境，做出朝哪個方向行進的決定。這種集群方式使許多小群的蚱蜢聚集起來，而當這個過程發展到一定程度，也即蚱蜢的種群密度達到一定值（極限值）時，5羥色胺的釋放就會導致蚱蜢向蝗蟲轉變。

其實，類似蝗蟲的集群現象在動物界還有許多。例如，蜜蜂如何選擇蜂巢，鳥群往哪里遷徙，白蟻如何建立地下宮殿，沙丁魚如何成群地遷徙生活，腫瘤細胞如何擴散，等等。這些現象的發生都是由群體決定的，而如何解釋這些現象，目前依然是謎。當然，人類、猿、大象和鯨類除外，因為較高的意識和文化阻止他（它）們這樣做。