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高層樓里長大的孩子，一方面感嘆于他們這一代從小的養尊處優，另一方面卻也擔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，和我們斗爭了數千年的蝗蟲吧！

小朋友們都應該字過“鋤禾日當午”這首詩吧，從神農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業國家。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”，也是我國歷史上與水災和旱災相提并論的三大自然災害之一。而且據歷史記載，我們國家曾發生蝗災的頻次、范圍和受災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就多達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。你們人類把我歸為動物界節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?？梢哉f，世界上除了南極洲之外，幾乎沒有我不在的地方。而且你們人類總共才70億的人口，連我們家庭聚會在一起時總數的零頭都不如。哼，就憑這一點，怎么能說你們是地球的主宰呢？”

“當然啦，相比超南極洲和歐亞大陸北緯55°以北地區這樣寒冷的地方，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、負蝗等;和熊貓一樣喜好竹子的竹蝗;愛吃棉花的棉蝗和負蝗;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，我們會把農作物吃成光桿，甚至全部吃干凈。等我們吃飽肚子，你們人類就沒得吃了！”

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，危害最嚴重，也是造成我國蝗災的罪魁禍首。東亞飛蝗的發生地在我國分布區域極廣，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，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生地。

它的生理構造

生物學家的叔叔阿姨們將蝗蟲歸為不完全變態昆蟲，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觀察下蝗蟲的身體結構吧。東亞飛蝗雄性成蟲體長35.5mm-41.5mm，雌蟲則更長一些，能達到39.5mm-51.2mm。它的身體通常為綠色或黃褐色，也會因環境影響有所變異。

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。蝗蟲的口器由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。上顎十分堅硬，適于咀嚼，是切斷、嚼碎植物莖葉的主要結構。

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。足是分節的，后足發達，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，覆蓋于后翅上，起保護作用;后翅寬大、膜質、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?；认x的腹部由11個體節構成，在第1節的兩側，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節到第8節兩側相對應的位置上各有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越冬，僅諸如日本黃脊蝗、短腳斑腿蝗等少數種類以成蟲越冬。在一年中發生的世代數，取決于該物種的生物學特性與不同地區的年有效積溫、食物、光照及其各蟲期生長發育情況。例如亞洲飛蝗在我國分布區一年發生1代。東亞飛蝗在我國長江中、下游及其以北分布地區為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，華南地區為4-5代。中華稻蝗在長江以北地區為1代，江南則為2代。

獨居與群居

早在《詩經》中，我國就有關于蝗蟲的記錄，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，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，現在可以看到的最早的蝗災景象是公元前2400年古埃及墓室中的一幅壁畫。《啟示錄》記載，在第五位天使吹響號角時會出現的“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5個月的折磨。

可問題是，蝗蟲一般在獨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，對掉隊的蝗蟲互相啃食，還能夠連續飛上千公里。此外，在生理構造上，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達，從側面看散居型略呈弧形，群居型則微凹。群居型后足腿節上側有時有2個不明顯的暗色條紋，散居型常消失或不明顯。甚至在20世紀以前，很多人都認為它們是兩個物種，1921年俄羅斯科學家才證明它們是同一物種的兩種形態。

科學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。當數量20只時，蝗蟲會朝著各自不同的方向自由飛翔，處在一種無序狀態之中。蝗蟲數量增加到60只時，一個很有趣的現象發生了：蝗蟲開始朝著同一個方向移動，并不斷在打圈。等到錄影結束后，研究者發現居然少了_一只蝗蟲。這令大家十分驚訝，蝗蟲采取一致的方向時，究竟發生了什么？于是，他們將錄像帶倒回去放，才發現蝗蟲數量增加后互相碰撞。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，最后導致一只蝗蟲被硬生生地吃掉了。人們才逐漸發現蝗群整齊有序地往前飛是因為害怕自己被同伴吃掉。因為它一旦不與其他蝗蟲保持隊形，就會暴露其脆弱的側翼，從而喪失性命。只有在保持一致的隊形時，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。

此后我國科學院破譯了蝗蟲的基因圖譜，發現飛蝗的基因組很大，約是人類基因組的兩倍多大小。而且群居型和散居型飛蝗，基因表達具有顯著差異，比如在神經發育和可塑性調控相關的多個基因呈現不同的甲基化模式，而且在與激酶、信號轉導蛋白、微管蛋白等系統相關的基因轉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？它們又如何進行聯系？關于這個問題，有一種學說認為，隨著蝗蟲密度的增加，個體間身體相互接觸傳遞某種信息，刺激蝗蟲體內黑化誘導素大量增加，使蝗蟲體色由綠變黑。另一種學說認為，散居型和獨居型這兩種生態型能相互轉變，是因為溫度、濕度等影響。但這些假說一直都沒有確鑿證據。蝗蟲如何從散居變為群居的內在機制是全世界的科學家力求攻克的關鍵課題。

中國的滅蝗史

聚集后的蝗蟲，數量多到一定程度，自然就形成了蝗災。隨著我國城市化演迸速度日益加快，農業科技的不斷發展，蝗災似乎已經變得離我們越來越遠了。可在古代，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”學說的影響，封建迷信的人們認為上天有蝗神存在。發生蝗災，是因為人類做錯了事情，蝗神對人類實施懲罰。如果這時候捕殺蝗蟲，會激怒蝗神，導致更加嚴厲的懲罰。所以，每當蝗災發生后，皇帝會主動下“罪己詔”，承認施政錯誤，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，祈求蝗蟲遠離莊稼。譬如唐朝開元四年，山東地區發生一場罕見的蝗災，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模捕殺蝗蟲。但“殺蟲太多有傷天和，只有修德才能消除天災”的理論，在封建王朝的官員之中仍大行其道。這也導致老百姓不再局限于發生蝗災時祭拜蝗神，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。可是，蝗神廟雖然消失了，卻多了劉猛將軍廟、蒲神廟、農神廟、三皇廟、梁祝廟一一它們名字不一樣，但功能與性質還是祭拜蝗神。直到晚清民國時期，我國偏遠地區鄉村的農民，仍然把蝗蟲當作是“神蟲”，例如1927年山東省高密發生了蝗災，人們紛紛在堂屋或者田邊擺起神案，上香祈求;1931年，江蘇省北部一帶發生蝗災，當地的農民焚香祝拜，希望蝗蟲早日飛走。

在傳統的農業社會，蝗災的發生與饑荒是緊密相連的，歷朝歷代都十分重視對于蝗災的治理。不迷信蝗神的人們通常采用人工撲打、鳴金驅趕、篝火誘殺、壕塹掩埋等辦法滅蝗，也有過據蟲除卵的“科學”方法來治理。比如《治蝗全法》就總結了宋代以來“據蟲除卵”的經驗：凡是蝗蟲蟲卵滋生的地方，地上都常有無數像蜂巢一樣的小孔，必須果斷挖土鏟除。明清年間，人們更開發出了原始“農藥”，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，收效甚微。蝗災發生之時，蝗蟲的密度太高了，人們根本來不及驅趕和捕殺。因為它們是在空中飛翔的，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，當農作物被毀之后，緊接著就會引起饑荒。電影《l942》所展現的正是祖輩們曾經遇到過的災難。

蝗災遠去了嗎？

勤勞的中國人和蝗蟲之間的戰斗，從未停止。其實早在明清時期，就出現了不少影響深遠的治蝗類農書，在蝗蟲習性、蝗災發生規律、除蝗技術等方面有了初步的科學認識和總結。如明代著名科學家徐光啟，通過對明代以前蝗災的統計、分析，得出有關古代蝗災發生季節和滋生地的正確認識，成為中國古代蝗災研究的杰出成就。進入20世紀后，伴隨國家經濟建設的發展，來自不同專業的學者們投身于中國歷代蝗災與治蝗問題的研究，取得了許多引人注目的成果。尤其是在20世紀90年代，為響應聯合國提出的“減災十年”活動，我國學術界更掀起了對中國災害學、災害史的研究熱潮。

改革開放后，伴隨著科學春天的到來和人們環境意識的加強，尤其是減災活動的展開、災害學學科的興起，對有關中國古代蝗災與治蝗的研究越來越重視，學者們在關于蝗災發生的頻度與強度、防治蝗災的措施方法等問題上的研究投入了頗多精力，有關研究呈現出多角度、系統、全面、深入探討的趨勢，尤其是在多學科知識交叉運用方面更為突出。

而蝗災的治理，目前來看仍然主要是依靠飛機、汽車或者人工噴灑殺蟲劑進行滅殺。因此預測和找到蝗蟲可能聚集、準備切換為群居狀態的地區，在其轉為群居之前殺滅，才是最有效和最科學的辦法。現在我國的蝗災治理主要致力于研究“3S”技術進行監測，即RS遙感技術子系統、GIS地理信息系統子系統、GPS全球導航定位系統子系統，以及采用系列新式生物藥劑的綠色治蝗技術的發展，初步實現了”飛蝗不起飛成災、土蝗不擴散危害、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很少聽到國內發生蝗災的新聞，但這并不意昧著我國的蝗災因農業現代化發展而消失。反之，只要是自然環境條件合適，蝗災便會卷土重來。比如2000年6月，數十年未見的蝗災襲擊河南省;同年，新疆北部爆發特大蝗災;2002年6月，我國多地農牧區發生蝗災面積達9000萬畝;2009年的蝗災，僅山東省受災面積就高達1100多萬畝;2012年，原國家農業部發動河北、內蒙古、甘肅等十個地區進行牧雞治蝗，全國有1.25萬農牧戶出動了近300萬只雞，對1400多萬畝草原蝗蟲進行了治理;2017年山東濰坊爆發蝗災……

寫在最后

此次在東非和中東地區發生的嚴重蝗災，已經讓多國宣布進入國家緊急狀態。聯合國糧食及農業組織警告，一只沙漠蝗成蟲一天能吃掉與自己體重相當的食物，約2克。一個普通規模的沙漠蝗群通常由4000萬只蝗蟲組成，能在一天內飛行達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，蝗群的種群數量將增加400倍。對于多國為何會遭遇如此大規模的蝗災，研究人員認為，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象，和厄爾尼諾類似）影響，非洲之角地區（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暴;2019年，附近地區共出現了九次氣旋風暴。往年，相關地區沒有或者很少出現氣旋風暴。這種炎熱潮濕氣候為沙漠蝗的爆炸性繁殖提供了完美條件。從目前來看，此次成災的沙漠蝗從印度直接進入中國的可能性不大，因為這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）。不過我們卻從這次的蝗災中看到，不少地區因為戰爭、內亂和貧窮落后，無法派遣足夠的飛機噴灑，無法保障減災人員的安全，甚至無法保障受災百姓的溫飽。而生活在和平都市中的我們，卻已經幾乎都要將蝗蟲“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重前行！

Tips

雞鴨和吃貨能消滅蝗災嗎？

吃蝗蟲并不是現代人的專利，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、急慢驚風、高血壓等。而大量現代關于蝗蟲營養價值的研究表明，蝗蟲的蛋白含量高達74%以上，絕大多數種類的蝗蟲都含有+多種氨基酸，堪稱高蛋白、低脂肪、低能量且富含礦物質的天然保健食品。但以上只是針對散居蝗蟲或是人工養殖的蝗蟲而言?；认x切換為群居狀態后，會大量釋放揮發性化合物苯乙腈，并在遭到攻擊時會立即將苯乙睛轉化為劇毒化合物氫氰酸。當蝗蟲大量聚集時，不僅動物不能吃，人也無法食用。此外，一個稍具規模的蝗群，往往由數以千萬計的蝗蟲組成。而且它們具備非常強大的飛行遷徙能力，因此單純依靠雞鴨，是無法消滅大規?；葹牡?。