全球粮食产量每年因昆虫（主要是甲虫）危害损失高达25%，这些顽强的小虫子侵入我们的粮仓，毁坏我们种的庄稼，使我们困扰不已。在过去的5亿年间，甲虫已经成功地在全球范围内繁殖传播并适应了各地生活，现在地球上已知的动物物种中大约有五分之一是甲虫。为了更有针对性地消灭这些害虫，丹麦哥本哈根大学生物系Kenneth Veland Halberg教授与他领导的研究团队最近设想了一种新方法，即通过影响甲虫体液平衡调节机制，让它们因尿尿脱水而死。
▲相关研究近日发表于《美国国家科学院院刊》（图片来源：PNAS官网截图）
“我们弄清了哪种激素可调节尿液的形成，可以开发出与此类似的化合物，从而可能导致甲虫形成大量的尿液让它们死于脱水。” Halberg博士解释道，“尽管这听起来有点恶毒，但试图消灭破坏粮食生产的害虫并不新鲜。我们只是试图在以一种更聪明、更精准的方式来做到这一点。而且，这种方式比传统杀虫剂对环境保护更有利。”粮食生产目前需要大量使用杀虫剂。这些杀虫剂中有很大一部分会破坏生物多样性、环境和人类健康。“据估计仅在欧洲，如果不使用杀虫剂，粮食产量将下降50% 。如果市场上能有一种针对性更强的产品，无论是野生动植物还是人类几乎马上就会获得巨大收益。” Halberg教授说，“现今的杀虫剂会使昆虫的神经系统瘫痪。这种方法的问题在于，昆虫的神经系统在不同物种之间非常相似。使用这些杀虫剂也导致了蜜蜂和其他田间益虫的死亡，并且伤害了其他生物。”
因此，哥本哈根大学生物系的这些研究人员正致力于找出新的解决方案，能够在不伤害人类或蜜蜂等益虫的情况下，用更“生态”的方法对抗有害昆虫。
通过控制水分平衡防治甲虫的方法早已不是秘密，数千年前的古埃及人已经懂得在谷仓里混合鹅卵石来对抗这些害虫。当甲虫美美地在谷堆里漫步饱餐时，粗糙的鹅卵石会刮去甲虫外壳用于减少体液蒸发的蜡质外层。尽管古埃及人偶尔会在吃饭时因没挑干净的鹅卵石磕掉牙齿，也缺乏现有的生理学知识，不知道甲虫死亡是因为蜡质外层受损造成体液流失。但他们可以看出，一些甲虫死于外壳的刮擦。当动物与外部环境相互作用时，它们必须不断地抵御内部渗透压的干扰。维持体内盐和水的平衡以应对外部条件的波动是动物生存的必要条件。对于昆虫来说尤其如此，因为它们的高比表面积比（即表面积与体积之比）使它们对渗透胁迫高度敏感。研究人员发现，甲虫调节渗透压的方式与其他昆虫完全不同，因此可能通过这些差异来针对性致命地破坏甲虫的液体平衡而不影响其他昆虫。研究人员选择了赤拟谷盗（Tribolium castaneum）作为研究对象。这种甲虫主要以食用菌、玉米等多种粮食为食，是十分常见的害虫。实验结果表明，赤拟谷盗大脑中的8个神经元通过释放利尿激素（DH）37和脊椎动物促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）激素（DH47）来响应内部渗透性的变化，从而控制系统的水分平衡。这些激素可以调节甲虫肾脏内的尿液形成，通过注射激素促使甲虫大量排尿，就可以让它们因体液调节失衡而脱水，从而“尿死“自己。下一步，为了开发新的化合物来对付甲虫，科学家们需要设计一种类似于甲虫激素的新化合物。同时，这种化合物必须能够进入甲虫体内，无论是通过渗入它们的外壳或是通过它们的食物。Halberg教授的团队正在与蛋白质化学专家合作来设计一种人工昆虫激素。[1] Beetles that pee themselves to death could be tomorrow’s pest control. Retrieved April 19, 2021， from https://www.science.ku.dk/english/press/news/2021/beetles-that-pee-themselves-to-death-could-be-tomorrows-pest-control/[2] Koyama et al., (2021). A unique Malpighian tubule architecture in Tribolium castaneum informs the evolutionary origins of systemic osmoregulation in beetles, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2023314118
