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蝗虫集群出动成灾,竟是为了避免被同类吃掉
日期:2020-02-26 】【打印 关闭

       蝗虫离我们并不远,几只蝗虫聚集在一起并不能称之为灾难。灾害的界定往往存在一个发生面积上的阈值,只有达到相应的阈值才能称之为灾害。

  现在整个东非都被沙漠蝗虫的阴影所笼罩,现在已经影响到了七个东非国家,已经早早达到了蝗灾的级别。对于埃塞尔比亚来说,这是25年来最严重的一次蝗灾,而对于肯尼亚来说,这是70年来的最糟糕的一次。

  

  东非蝗灾 图源:vatican news

   

  蝗灾泛滥之所以那么恐怖,一是因为蝗虫太能吃,二是它们的数量太庞大。一只沙漠蝗虫每天可以吃掉相当于自己体重的粮食,大约两克左右。不要小看这个数字,因为蝗虫是成群结队的,数量庞大,一平方公里的蝗虫一天大约能吃掉35000人的粮食。

  

  图片来源:bbc.co.uk

   

  因此,了解蝗虫群体是如何形成的,以及有什么办法可以让这个群体分崩离析,就变得尤为重要。

  那你知道多少只蝗虫会使它们从无序趋于走向有序吗?科学家告诉你3只足矣。

  想要了解一个群体是如何运行的,必须得观察它们的行为特征。

  科学家Jerome Buhl对昆虫的集体行为颇有研究。他曾做过一个实验,把一些蝗虫放到了一个环形盘状物上,观察蝗虫的行为路径。

  刚开始如果只放置几只蝗虫,那么它们在盘中的行径是无序的,到处乱爬。

  

  图片来源:https://youtu.be/DOAtAKTJhTY

  随着时间的推移,放置的蝗虫数量逐渐增多,群体的行进变得越来越稳定,爬行的方向变得慢慢统一,虽然依旧有少数个体处在无序的状态。

  

  图片来源:https://youtu.be/DOAtAKTJhTY

  然而随着数量的增多,密度逐渐变大,蝗虫的行为变得越来越有集体性,运动的方向也逐渐完全统一了起来。

  根据这一现象,Louise Dyson和他的团队于2015年提出了一个最小模型进行描述,只需要3只蝗虫聚集在一起就可以让它们的行为趋向于统一。换言之,只要有一只蝗虫发现它身边有另外两只蝗虫,那么它的行为就会和其他两只趋于一致。

  那么问题来了,为什么随着蝗虫数量的增多,它们的行动变得越来越统一呢?

  科学家从摩门蟋蟀(Anabrus simplex)那得到了灵感。

  不要以为这种蟋蟀是什么善茬,它们的生活习性和蝗虫没什么区别。它们也有成群结队行进的行为,一边行进一边吃,种子、花朵、其它昆虫的尸体、粪便都成为了它们的食物。摩门蟋蟀能毁掉它们所经过地方40%至50%的植物,2003年,在内华达州有将近一千二百万亩土地被它们所侵蚀。

  如果行进的过程中,这些食物吃没了怎么办,它们靠什么存活下来呢?答案是靠吃掉对方。因为它们本身就是一个“行进中的盐和蛋白质的包裹”。因为担心被吃掉,所以它们的行进速度会随着数量的增加而变快。

  

  相食的摩门蟋蟀 图片来源:nature

   

  因为摩门蟋蟀和蝗虫的行为相似,所以Jerome Buhl就开始检验,相食行为是否也会影响蝗虫的行动,让它们从无序活动变为有序活动。

  同样的,Jerome Buhl用沙漠蝗虫在环形圆盘中做高密度的行进实验,只不过这次,他把其中一些蝗虫的腹部神经给去除了。去除了腹部神经的蝗虫,活动能力减弱,移动的速度变慢,行动效率变低。而行动效率低下的蝗虫,在群体行进中容易暴露它们的侧翼,侧翼又是它们最脆弱的地方。

  

  蝗虫的形态结构 图片来源:初中生物插图

   

  实验发现,侧身对着蝗群的蝗虫相比那些头部或后腿朝向蝗群的,更容易被吃掉。由此可见,在高密度的情况下,一个群体中任何一只蝗虫如果不与邻居保持队形,就会暴露其脆弱的侧翼,从而更容易被同类吃掉。通过保持队形,行动效率更高,它们就会更安全。所以你现在应该知道为什么蝗虫会集结,继而造成难以估量的破坏。

  在密度较低的时候,每平方米只有几只蝗虫,它们可以很大程度上避开彼此,可以作为独居生物各自四处活动,也不用担心被吃掉。但随着蝗虫繁衍数量的增多,群体数量变大,在同一块地盘上不可避免地拉近了蝗虫间的距离。在这种情况下,统一协作的运动是避免被吃掉的最佳选择。

  统一协作的运动过程也体现在蝗虫生理上的变化。

  因为是一种高密度的运动,蝗虫与蝗虫之间难免会发生触碰,而后腿的触碰,引起了蝗虫血清素水平的升高。有动物实验表明,当提高血清素在动物体内含量时,动物的互相攻击行为明显减少。这也是蝗虫在群居过程中,会避免同类相食,并且行动趋于统一的原因。

  血清素水平的升高也体现在外形的变化,蝗虫体表颜色从独居的绿色变成了群居的黄色。它们的大脑也变得更大,腿变得更短,但耐力更强。

  

  蝗虫形态的变化 图片来源:Wikipedia

   

  除此之外,科学家还发现,一旦蝗虫的密度降低,它们就会回到了独居时候的模样,彼此之间保持距离,独自行动开来。然而,群体离散行为的阈值远远低于群体形成的阈值。也就是说,蝗群形成容易,但散开则很困难。

  按照国家的防蝗灾防治标准,当蝗虫发生密度高于10头/平方米,需要采取飞机防治与地面防治相结合的方法来控制。如果上升到15头/平方米,那就得开展应急防治,可以上飞机撒药了。所以,千万不要等蝗灾的时候才想着消灭,在独居的蝗虫开始聚集成群的初始就该有所准备。

  参考文献:

  Bazazi, S., Buhl, J., Hale, J. J., Anstey, M. L., Sword, G. A., Simpson, S. J., & Couzin, I. D. (2008). Collective Motion and Cannibalism in Locust Migratory Bands. Current Biology, 18(10), 735–739. doi:10.1016/j.cub.2008.04.035

  Dyson, L., Yates, C. A., Buhl, J., & McKane, A. J. (2015). Onset of collective motion in locusts is captured by a minimal model. Physical Review E, 92(5). doi:10.1103/physreve.92.052708

  Lincoln, T. (2006). Push on the marching crickets. Nature, 440(7080), 38–38. doi:10.1038/440038a

  Buhl, J., Sumpter, D. J. T., Couzin, I. D., Hale, J. J., Despland, E., Miller, E. R., & Simpson, S. J. (2006). From Disorder to Order in Marching Locusts. Science, 312(5778), 1402–1406. doi:10.1126/science.1125142

  农业部办公厅关于印发《全国蝗虫灾害可持续治理规划(2014-2020 年)》的通知

       文章来自科普中国-科普融合创作与传播。

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