自然小科普（1）被城市忘却的蝗虫

童话

有时看着从小在小区高层楼里长大的孩子，一方面感叹于他们这一代从小的养尊处优，另一方面却也担忧他们未来的五谷不分。之前4000亿只蝗虫肆虐的新闻播出时，小朋友突然问我“蝗虫是什么”，这就是从本期开始GEEK启动《自然小科普》系列的直接原因。那么第一期就来看看，和我们斗争了数千年的蝗虫吧！

小朋友们都应该字过“锄禾日当午”这首诗吧，从神农氏教会人们种植庄稼时起，几千年来我们的国家都是世界上最大的农业国家。我们的祖祖辈辈也都一直在传承着辛勤劳作和珍惜粮食的美德。可是，这个世界上却也存在着偷吃农民伯伯辛苦耕种的粮食的小偷，其中最著名的就属我们今天要讲的蝗虫了。自古到今，由蝗虫引起的“蝗灾”，也是我国历史上与水灾和旱灾相提并论的三大自然灾害之一。而且据历史记载，我们国家曾发生蝗灾的频次、范围和受灾程度都堪称世界之最，比如从公元前707年（鲁桓公十三年）到公元1907年（清光绪三十三年）的2614年中，史书中有记载的蝗灾就多达508次。

蝗虫的自白

“嘿，小孩儿，我就是蝗虫，你也可以叫我的昵称‘蚂蚱或是‘草蜢。你们人类把我归为动物界节肢动物门昆虫纲直翅目，我还包括蚱总科、蜢总科、蝗总科等，我的家族有超过10000种不同的兄弟姐妹，光是在中国就有1000多个分支。可以说，世界上除了南极洲之外，几乎没有我不在的地方。而且你们人类总共才70亿的人口，连我们家庭聚会在一起时总数的零头都不如。哼，就凭这一点，怎么能说你们是地球的主宰呢？”

“当然啦，相比超南极洲和欧亚大陆北纬55°以北地区这样寒冷的地方，我还是更喜欢待在温暖的地方。所以，全世界的热带、温带的草地甚至沙漠地区都能找到我的身影。我吃的东西也很杂，比如说在我的家族里，喜欢吃水稻、小麦、玉米和蔬菜等禾本科植物的有有东亚飞蝗、稻蝗、蔗蝗和尖翅蝗等;喜欢豆类、马铃薯、甘薯等作物的有短星翅蝗、苯蝗、负蝗等;和熊猫一样喜好竹子的竹蝗;愛吃棉花的棉蝗和负蝗;以及特别爱跟马牛羊们抢草吃的西伯利亚蝗、戟纹蝗、小车蝗、牧草蝗、雏蝗、痂蝗以及意大利蝗。一般来说，我们吃东西还是有节制的，通常只是将叶子咬个洞就换片叶子吃。不过，在我们家族聚会时我们的吃相就会变得很凶残，我们会把农作物吃成光杆，甚至全部吃干净。等我们吃饱肚子，你们人类就没得吃了！”

哼，看到了吗，它们还挺嚣张。在中国，一般人们也把蝗虫分为飞蝗和土蝗，而飞蝗中的东亚飞蝗则是在我国分布范围最广，危害最严重，也是造成我国蝗灾的罪魁祸首。东亚飞蝗的发生地在我国分布区域极广，从北纬42°往南直至南海和云南，西起甘肃南部和四川，东至勃海、黄海沿岸和台湾等地。其中，长江以北的华北平原，即淮河流域、黄河流域和海河流域中下游的低洼地区，主要包栝河南、山东、河北、江苏、安徽等五省与天津市及其所属县是其主要发生地。

它的生理构造

生物学家的叔叔阿姨们将蝗虫归为不完全变态昆虫，它的一生包括卵、若虫、成虫三个阶段。我们来拿东亚飞蝗仔细观察下蝗虫的身体结构吧。东亚飞蝗雄性成虫体长35.5mm-41.5mm，雌虫则更长一些，能达到39.5mm-51.2mm。它的身体通常为绿色或黄褐色，也会因环境影响有所变异。

头部是蝗虫的感觉和摄食中心，一对触角有触觉和嗅觉作用，位于脑袋上部的一对复眼则是它最主要的视觉器官，而且它还拥有3只单限，呈倒等腰三角形，不过只起到感光的作用。蝗虫的口器由5部分组成，是蝗虫的取食器官，包括上唇、下唇各1片，上颚、下颚各2片，舌1片。上颚十分坚硬，适于咀嚼，是切断、嚼碎植物茎叶的主要结构。

在蝗虫的前、中、后胸各生有一对腿脚，分别称为前足、中足、后足。足是分节的，后足发达，适于跳跃，叫跳跃足。蝗虫的中胸和后胸上还各生有一对翅膀。前翅狭长、革质，覆盖于后翅上，起保护作用;后翅宽大、膜质、柔软，常折叠在前翅之下，飞行时展开，是适于飞翔的器官。

作为最常见的昆虫，蝗虫的腹部也是大有讲究的。蝗虫的腹部由11个体节构成，在第1节的两侧，各有1个半月形的薄膜，这是蝗虫的听觉器官。在蝗虫中胸、后胸和腹部第1节到第8节两侧相对应的位置上各有1个小孔，这小孔叫气门，共有10对。气门是气体出入蝗虫身体的门户，气体交换是通过气管与组织细胞完成的。

蝗虫一般属于兼性滞育昆虫，多以卵在土壤中的卵囊内越冬，仅诸如日本黄脊蝗、短脚斑腿蝗等少数种类以成虫越冬。在一年中发生的世代数，取决于该物种的生物学特性与不同地区的年有效积温、食物、光照及其各虫期生长发育情况。例如亚洲飞蝗在我国分布区一年发生1代。东亚飞蝗在我国长江中、下游及其以北分布地区为2代，而江淮河流域的高温干旱年份则为3代或不完整3代，华南地区为4-5代。中华稻蝗在长江以北地区为1代，江南则为2代。

独居与群居

早在《诗经》中，我国就有关于蝗虫的记录，此后历朝历代也有不少诗句留下，比如“去年久旱绵千里，犁不入土蝗虫稠”“河南长吏言忧农，课人昼夜捕蝗虫”“即今极目如云稼，曾是蝗虫盖地皮”等等。而在西方，蝗虫也是恶魔的象征。在人类历史上，现在可以看到的最早的蝗灾景象是公元前2400年古埃及墓室中的一幅壁画。《启示录》记载，在第五位天使吹响号角时会出现的“堕天使”，号角一响，天上一颗星就会降临大地，打开通往国着蔽天黑烟的无底深坑的洞口，然后以亚巴顿为首的蝗虫魔军喷涌而出，让人类遭受长达5个月的折磨。

可问题是，蝗虫一般在独处时俨然是绿油油的乖乖仔，食量少，飞行距离也就几十米;一聚集便成了土黄色的狂暴恶魔，不仅食欲大增，疯狂交配，攻击性极强，对掉队的蝗虫互相啃食，还能够连续飞上千公里。此外，在生理构造上，它们也存在一定的差异。以东亚飞蝗为例，它们的前胸背板中隆线一般比较发达，从侧面看散居型略呈弧形，群居型则微凹。群居型后足腿节上侧有时有2个不明显的暗色条纹，散居型常消失或不明显。甚至在20世纪以前，很多人都认为它们是两个物种，1921年俄罗斯科学家才证明它们是同一物种的两种形态。

科学家们将蝗虫放在一个密闭的空间里，并通过录像拍摄它们的行为。当数量20只时，蝗虫会朝着各自不同的方向自由飞翔，处在一种无序状态之中。蝗虫数量增加到60只时，一个很有趣的现象发生了：蝗虫开始朝着同一个方向移动，并不断在打圈。等到录影结束后，研究者发现居然少了_一只蝗虫。这令大家十分惊讶，蝗虫采取一致的方向时，究竟发生了什么？于是，他们将录像带倒回去放，才发现蝗虫数量增加后互相碰撞。在这过程中，蝗虫也—下从温和的素食者骡变成了凶猛的肉食者。它们之间相互撕咬，最后导致一只蝗虫被硬生生地吃掉了。人们才逐渐发现蝗群整齐有序地往前飞是因为害怕自己被同伴吃掉。因为它一旦不与其他蝗虫保持队形，就会暴露其脆弱的侧翼，从而丧失性命。只有在保持一致的队形时，蝗虫才处于较为安全的位置。这似乎说明了，表面上蝗蟲群体能站在同一战线，最根本的原因是来自死亡的恐惧：害怕被同伴吃掉。

此后我国科学院破译了蝗虫的基因图谱，发现飞蝗的基因组很大，约是人类基因组的两倍多大小。而且群居型和散居型飞蝗，基因表达具有显著差异，比如在神经发育和可塑性调控相关的多个基因呈现不同的甲基化模式，而且在与激酶、信号转导蛋白、微管蛋白等系统相关的基因转录以及可变剪接情况，也有很多不一样的地方。

那么问题来了，原本分散各处的蝗虫究竟是如何聚集到一块的呢？它们又如何进行联系？关于这个问题，有一种学说认为，随着蝗虫密度的增加，个体间身体相互接触传递某种信息，刺激蝗虫体内黑化诱导素大量增加，使蝗虫体色由绿变黑。另一种学说认为，散居型和独居型这两种生态型能相互转变，是因为温度、湿度等影响。但这些假说一直都没有确凿证据。蝗虫如何从散居变为群居的内在机制是全世界的科学家力求攻克的关键课题。

中国的灭蝗史

聚集后的蝗虫，数量多到一定程度，自然就形成了蝗灾。随着我国城市化演迸速度日益加快，农业科技的不断发展，蝗灾似乎已经变得离我们越来越远了。可在古代，对付蝗虫却不是一件容易事儿，更不是像今天很多人说的靠中国人的“吃货”属性去解决。

自汉朝以来，受董仲舒“天人感应”学说的影响，封建迷信的人们认为上天有蝗神存在。发生蝗灾，是因为人类做错了事情，蝗神对人类实施惩罚。如果这时候捕杀蝗虫，会激怒蝗神，导致更加严厉的惩罚。所以，每当蝗灾发生后，皇帝会主动下“罪己诏”，承认施政错误，请求蝗神原谅;民间会架起祭坛，焚香祷告，希望蝗神保佑人民，祈求蝗虫远离庄稼。譬如唐朝开元四年，山东地区发生一场罕见的蝗灾，引得名相姚崇和多位官员激烈争论，才使得唐玄宗下定决心大规模捕杀蝗虫。但“杀虫太多有伤天和，只有修德才能消除天灾”的理论，在封建王朝的官员之中仍大行其道。这也导致老百姓不再局限于发生蝗灾时祭拜蝗神，还在全国各地建立了许多蝗神庙，将祭拜行为“制度化”，形成了一整套系统的祭祀制度。

1745年，乾隆皇帝下令禁止民间祭拜蝗神，并下令拆除蝗神庙。可是，蝗神庙虽然消失了，却多了刘猛将军庙、蒲神庙、农神庙、三皇庙、梁祝庙一一它们名字不一样，但功能与性质还是祭拜蝗神。直到晚清民国时期，我国偏远地区乡村的农民，仍然把蝗虫当作是“神虫”，例如1927年山东省高密发生了蝗灾，人们纷纷在堂屋或者田边摆起神案，上香祈求;1931年，江苏省北部一带发生蝗灾，当地的农民焚香祝拜，希望蝗虫早日飞走。

在传统的农业社会，蝗灾的发生与饥荒是紧密相连的，历朝历代都十分重视对于蝗灾的治理。不迷信蝗神的人们通常采用人工扑打、鸣金驱赶、篝火诱杀、壕堑掩埋等办法灭蝗，也有过据虫除卵的“科学”方法来治理。比如《治蝗全法》就总结了宋代以来“据虫除卵”的经验：凡是蝗虫虫卵滋生的地方，地上都常有无数像蜂巢一样的小孔，必须果断挖土铲除。明清年间，人们更开发出了原始“农药”，比如“百步草浓汁”和”陈醋混合液”，专用灭杀虫卵。

但是，这些办法对于大面积的蝗灾，收效甚微。蝗灾发生之时，蝗虫的密度太高了，人们根本来不及驱赶和捕杀。因为它们是在空中飞翔的，如此密集的蝗虫，所到之处，遮天蔽日，庄稼尽毁，颗粒无收。在古代，因人类的剩余粮食不足，当农作物被毁之后，紧接着就会引起饥荒。电影《l942》所展现的正是祖辈们曾经遇到过的灾难。

蝗灾远去了吗？

勤劳的中国人和蝗虫之间的战斗，从未停止。其实早在明清时期，就出现了不少影响深远的治蝗类农书，在蝗虫习性、蝗灾发生规律、除蝗技术等方面有了初步的科学认识和总结。如明代著名科学家徐光启，通过对明代以前蝗灾的统计、分析，得出有关古代蝗灾发生季节和滋生地的正确认识，成为中国古代蝗灾研究的杰出成就。进入20世纪后，伴随国家经济建设的发展，来自不同专业的学者们投身于中国历代蝗灾与治蝗问题的研究，取得了许多引人注目的成果。尤其是在20世纪90年代，为响应联合国提出的“减灾十年”活动，我国学术界更掀起了对中国灾害学、灾害史的研究热潮。

改革开放后，伴随着科学春天的到来和人们环境意识的加强，尤其是减灾活动的展开、灾害学学科的兴起，对有关中国古代蝗灾与治蝗的研究越来越重视，学者们在关于蝗灾发生的频度与强度、防治蝗灾的措施方法等问题上的研究投入了颇多精力，有关研究呈现出多角度、系统、全面、深入探讨的趋势，尤其是在多学科知识交叉运用方面更为突出。

而蝗灾的治理，目前来看仍然主要是依靠飞机、汽车或者人工喷洒杀虫剂进行灭杀。因此预测和找到蝗虫可能聚集、准备切换为群居状态的地区，在其转为群居之前杀灭，才是最有效和最科学的办法。现在我国的蝗灾治理主要致力于研究“3S”技术进行监测，即RS遥感技术子系统、GIS地理信息系统子系统、GPS全球导航定位系统子系统，以及采用系列新式生物药剂的绿色治蝗技术的发展，初步实现了”飞蝗不起飞成灾、土蝗不扩散危害、入境蝗虫不二次迁飞”。

值得注意的是，虽然住在城市里的我们似乎已经很少听到国内发生蝗灾的新闻，但这并不意昧着我国的蝗灾因农业现代化发展而消失。反之，只要是自然环境条件合适，蝗灾便会卷土重来。比如2000年6月，数十年未见的蝗灾袭击河南省;同年，新疆北部爆发特大蝗灾;2002年6月，我国多地农牧区发生蝗灾面积达9000万亩;2009年的蝗灾，仅山东省受灾面积就高达1100多万亩;2012年，原国家农业部发动河北、内蒙古、甘肃等十个地区进行牧鸡治蝗，全国有1.25万农牧户出动了近300万只鸡，对1400多万亩草原蝗虫进行了治理;2017年山东潍坊爆发蝗灾……

写在最后

此次在东非和中东地区发生的严重蝗灾，已经让多国宣布进入国家紧急状态。联合国粮食及农业组织警告，一只沙漠蝗成虫一天能吃掉与自己体重相当的食物，约2克。一个普通规模的沙漠蝗群通常由4000万只蝗虫组成，能在一天内飞行达150公里，吃掉35000人一天的粮食。更为可怕的是沙漠蝗的繁殖能力。依天气和环境而定，沙漠蝗每代存活期约为3个月。如果条件适宜，蝗群每繁殖一代，种群数量可增加20倍。如果各国不采取行动，到今年6月，蝗群的种群数量将增加400倍。对于多国为何会遭遇如此大规模的蝗灾，研究人员认为，气候变化是主要原因。世界气象组织报告显示，受印度洋偶极子（印度洋海温异常现象，和厄尔尼诺类似）影响，非洲之角地区（非洲东北部）去年10月、12月遭遇了有记录以来的最大降雨。部分地区的降雨量是正常情况下的400%。而2018年，阿拉伯半岛南部遭遇了两场气旋风暴;2019年，附近地区共出现了九次气旋风暴。往年，相关地区没有或者很少出现气旋风暴。这种炎热潮湿气候为沙漠蝗的爆炸性繁殖提供了完美条件。从目前来看，此次成灾的沙漠蝗从印度直接进入中国的可能性不大，因为这种蝗虫的生存条件在中国并不完全具备，同时中国也拥有地理上的天然屏障（昆仑山脉和喜马拉雅山脉阻隔，蝗虫很难越过高海拔的寒冷地区）。不过我们却从这次的蝗灾中看到，不少地区因为战争、内乱和贫穷落后，无法派遣足够的飞机喷洒，无法保障减灾人员的安全，甚至无法保障受灾百姓的温饱。而生活在和平都市中的我们，却已经几乎都要将蝗虫“忘却”了。还是那句话，岁月静好的背后，总有一些人一直在为我们负重前行！

Tips

鸡鸭和吃货能消灭蝗灾吗？

吃蝗虫并不是现代人的专利，蝗虫可食可药用，古已有之。《本草纲目》记载，蝗虫单用或配药使用能够治疗多种疾病，如咳嗽、气短、破伤风、急慢惊风、高血压等。而大量现代关于蝗蟲营养价值的研究表明，蝗虫的蛋白含量高达74%以上，绝大多数种类的蝗虫都含有+多种氨基酸，堪称高蛋白、低脂肪、低能量且富含矿物质的天然保健食品。但以上只是针对散居蝗虫或是人工养殖的蝗虫而言。蝗虫切换为群居状态后，会大量释放挥发性化合物苯乙腈，并在遭到攻击时会立即将苯乙睛转化为剧毒化合物氢氰酸。当蝗虫大量聚集时，不仅动物不能吃，人也无法食用。此外，一个稍具规模的蝗群，往往由数以千万计的蝗虫组成。而且它们具备非常强大的飞行迁徙能力，因此单纯依靠鸡鸭，是无法消灭大规模蝗灾的。