《大先生》第三季第十期节目邀请到了中国科学院院士、生态基因组学专家、中国科学院动物研究所特聘研究员康乐先生，让我们跟随康乐院士的脚步，了解他是如何利用生态基因组学揭示蝗虫的奥秘的。
 

迎战蝗灾

康乐院士踏上漫长科研路
 

    在历史的长河中，蝗灾作为一种自然灾害，曾多次给我国乃至全球的农业生产带来重创。然而，这一阴霾在1973年迎来了破晓的曙光，在马世骏先生（康乐院士的老师）的带领下，研究团队通过实地考察、定点观察、室内试验、数据分析等方法，揭示了飞蝗爆发的主因是水、旱灾的相间发生，明确了飞蝗次生型的演变规律及其机制。
 

    针对这些情况，马世骏先生提出了“改治结合，根除蝗害”的飞蝗治理策略与措施，并通过科学方法改变了蝗虫与环境之间的关系，让中国从数千年蝗灾频发的国家，变成了一个基本控制蝗害的国家。

    但令人头疼的是，即便在马世骏先生等人的努力下，蝗灾被有效遏制，却在康乐院士即将博士毕业之际，国内蝗灾又呈现死灰复燃之势。气候变化和农业种植制度的改变等因素助推了飞蝗大军卷土重来，对当地农业生产和生态环境构成了巨大威胁。

    1999年，康乐院士和他的团队前往内蒙古调查蝗灾。彼时的内蒙古被蝗虫席卷，它们如同潮水般汹涌而来，给这片广袤的土地披上了一层不安的阴影。许多牧民站在自家帐篷前，望着这片曾经肥沃、如今却满目疮痍的草原，眼中满是无助与哀伤。康乐院士等人所在的车辆甚至因为车轮轧死太多蝗虫而打滑。
 

    面对这一严峻形势，康乐院士意识到，治理蝗灾不是一劳永逸的，新一代科学家有必要从更深的层面研究飞蝗。于是，他将全部心血投入到治理蝗灾的研究中，力求找到科学有效的防治方法。

    过去，我国科学家在治理蝗虫的征途上，主要从蝗虫与其生存环境的关联性入手，力求遏制蝗灾的蔓延。然而，康乐院士认为，世界生命科学的发展突飞猛进，新一代科学家肩负着与国际前沿接轨、创新的使命，他们应采用最先进的研究方法，为蝗虫研究赋予新的生命力。

    1999年9月，一个具有里程碑意义的时刻到来——中国正式获准加入人类基因组计划，这不仅标志着我国在生命科学领域迈出了一大步，也为我们探索未知、解锁生命奥秘提供了前所未有的机遇。康乐院士抓住了这个机会，紧扣时代脉搏，开启了关于蝗虫基因组的研究活动。

破釜沉舟

破译飞蝗全基因组序列图谱
 

    当时众多科学家长期徘徊于蝗虫散居与群居两型转变研究的迷宫中，他们不懈地在生理与行为领域探索，却难以找到那把解锁秘密的钥匙。然而，一次意外的契机引领康乐院士踏入了蝗虫基因组研究的广阔天地。

    作为科研任务的一部分，康乐院士被院领导委以重任，负责监督研究进度，每天往返于华大与研究所之间，也是在这个过程中，康乐院士对基因组科学进行了深入的了解和学习，他开始思考如何把基因组科学应用到解决蝗虫散居向群居两型转变的问题上，从而开辟了一条全新的思路。

    首当其冲的挑战，便是掌握蝗虫那庞大而复杂的基因组信息。蝗虫的基因组规模超乎想象，竟是人类的2.5倍、果蝇的30多倍。面对如此庞大的数据量，康乐院士毅然申请了100多万的经费，投入到这项看似“奢侈”却意义重大的研究中。尽管当时采用的EST技术成本高昂，几乎让团队有“破产”之感，但康乐院士已经做好了破釜沉舟的准备，誓要揭开这一自然之谜。

    在这条充满未知与挑战的道路上，质疑与不解如影随形。有生理学家提出质疑：“蝗虫的行为调控是非常复杂的一个过程，怎么可能用几个基因就说明它的调控作用呢？”然而，康乐院士坚信基因组作为生命的蓝图，必定蕴含着解开蝗虫两型转变之谜的关键线索。

    终于，在康乐院士不懈的努力与坚持下，2014年1月14日，他的团队和深圳华大基因研究院、中国科学院北京生命科学研究院等科研机构携手，成功破译了飞蝗的全基因组序列图谱，这是迄今人类破译的最大动物基因组。

    这一研究成果不仅开拓了一个新的领域——生态基因学，也为推动蝗虫成为研究人类疾病和行为的生物医学模型奠定了重要基础，为生命科学领域的深入探索开辟新的方向，为人类的健康和福祉带来更加广阔的前景。

康乐院士破解

蝗虫基因组里“调色盘”的秘密

    康乐院士的科研之路是一段充满挑战的探索之旅，每一步都凝聚着他对科学研究的无限热爱与不懈执着。在蝗虫研究这一前沿领域，康乐院士携手其精英团队，以超凡的毅力和敏锐的洞察力，突破了一个又一个科学难关，为全球蝗灾的治理贡献了宝贵的理论基础和技术创新。

    在许多人眼中，蝗虫研究或许并不起眼，但这个“小”学科却与我国乃至世界的经济发展息息相关。它关乎粮食安全、生态平衡，乃至人们的日常生活和国民经济的稳定发展。康乐院士深知这一点，他将自己满腔的热情与卓越的才能倾注于蝗虫研究之中，不断突破难关，揭开了一个又一个关于蝗虫的秘密。

    比如，为什么同一种蝗虫聚到一起就会变色呢？之前的科学家们普遍认为群居型蝗虫的黑色体色是因为黑色素导致的。为了验证这一点，康乐院士带领着学生们进行了一系列实验，试图复现群居型蝗虫的黑体色，但令人没想到的是，几次实验均以失败告终。
 

    直到在一次前往德国的途中，康乐院士回忆起自己的美术老师曾要求他们画人物头发时为了追求自然感，不让他们直接用黑色颜料画，而是让他们用红、黄、蓝三个颜色调出黑色。康乐院士顿时联想到散居型蝗虫的绿色，那不就是蓝和黄的结合吗？而群居型是黑色的，那么如果把红色加进去是否就能变黑色呢？

    为了验证这一突破性想法，他在抵达目的地后，迫不及待地组织学生立即投入实验。实验结果令人振奋：通过在绿色散居型蝗虫体内上调β-胡萝卜素结合蛋白，其体色成功转变为黑色；而从虫体上将β-胡萝卜素结合蛋白和β-胡萝卜素复合物分离出来，呈现红色，离体实验也是红色，这正反两方面都验证了康乐院士的想法。

    康乐院士就此破解了蝗虫基因组里“调色盘”的秘密，实现了在蝗虫身体上通过三原色进行调控的壮举。这一发现不仅为蝗虫研究领域带来了革命性的变化，也为其他昆虫乃至更多生物体的研究提供了宝贵的参考和启示。

从“苯乙腈”误区到真相

康乐院士发现蝗虫聚集的根本原因

    康乐院士所达成的成就远不止于此。自成为研究生助教开始，他的目光便聚焦于研究蝗虫聚集行为的产生原因。因为他深知蝗虫的群聚行为是形成蝗灾的关键因素，时刻威胁着全球的粮食生产和生态平衡。当国际上普遍认为苯乙腈是造成蝗虫聚集的信息化合物时，康乐院士并没有盲目跟从，而是带领团队通过数次实验，最终颠覆了这一认知。
 

    他们发现，“苯乙腈”对蝗虫根本就没有吸引性，它的实际作用是在无毒的散居型蝗虫转变为群居型后释放氢氰酸毒素，以抵御天敌，从而成灾。那么，蝗虫究竟为什么会聚群？是什么东西让它们彼此吸引呢？为此，康乐院士踏上了漫长而坚定的研究之旅。

    他勇于突破常规思维，独辟蹊径。既然从浓度高的群居信息素得不到答案，就从低浓度信息素入手。在康乐的带领下，科研团队不畏艰难，对35种信息素进行了逐一深入的实验分析。终于，在无数次的尝试与失败后，他们迎来了曙光。

    有一种名为4-乙烯基苯甲醚（4VA）的化合物，其释放量低但生物活性非常高。尽管其释放量浓度微乎其微，几乎被人忽视，但在经过严格的验证后，其对蝗虫的强烈吸引力却令人惊叹。由此可见，4-乙烯基苯甲醚（4VA）才是造成蝗虫聚集行为的根本原因。

    这一发现不仅颠覆了人们对于蝗虫聚群机制的传统认知，更为全球蝗灾的防控提供了新的思路和方法。比如，可以利用人工合成的4VA诱捕蝗群进行集中灭杀；研发与4VA结构相似的竞争性化合物，干扰蝗虫，使之无法聚群；还可以不断释放经过基因编辑的蝗虫，逐步稀释自然种群中有聚群能力的个体比例，直至它们变为一盘散沙。

    康乐院士如今还在研究一种生物杀虫剂。与对人体有害的传统化学杀虫剂不同，这种生物杀虫剂的安全系数高，对生态环境、人畜都无污染、无残留。最主要的是，作为一种活体农药的真菌杀虫剂，害虫难以对其产生抗性。最终在蝗虫身上产生的真菌还对庄稼有益。
 

    康乐院士及其团队做出的杰出贡献，为科学界树立了勇于探索、敢于创新的典范。他们从未退缩，以坚定的信念和不懈的努力，一次次挑战科学未知，突破技术瓶颈。这不仅是对科学精神的崇高践行，更是对人类福祉的深切关怀。他们的事迹将激励着更多的科研工作者不断前行，在探索未知的道路上勇往直前，为国家贡献更多的智慧与力量。

    更多精彩内容，将在北京卫视于10月22日21:05《大先生》第三季第十期播出。该节目是由北京市科学技术协会牵头，联合北京广播电视台，北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会，北京市教育委员会，北京市广播电视局，北京市财政局共同出品，北京科普发展与研究中心执行，北京广播电视台卫视频道中心承制的科学文化教育节目。让我们跟随康乐院士一起揭秘神秘的蝗虫基因组。
 

来源：北京科普发展与研究中心