蝗蟲：怎麼，換個馬甲你就不認識我了？
大家可能都聽說過蝗災，對它的形容一般是黑壓壓的一片從天上飛過，這種形成蝗災的蝗蟲是透過聚整合群，形態發生過變化的群居蝗蟲，而有些同學在草叢中看到的綠色蝗蟲，其實是不成災害的散居蝗蟲（關於蝗蟲如何聚集的原因看另一篇文章：人多力量大，蝗多便成災？）。
蝗災（圖片來源：veer相簿）
飛蝗在自然狀態下是以散居的形式存在的，只有一些外界因素使它們聚集後才會轉變為群居的狀態，散居的飛蝗通體呈綠色，和草叢融為一體，並且十分孤僻害羞，一隻蟲默默地生活在野外，只有為了繁衍後代時，一雌一雄兩隻蝗蟲才會相互吸引，走到一起，在完成使命後又會分開，繼續做“獨行俠”。
群居蝗蟲則完全相反，幼年的身體以褐色和黑色為主，在草地裡顯得格格不入，一大群蝗蟲生活在一起，並且像滾雪球一樣不斷壯大，很少單獨行動，最終形成蝗災。經過介紹我們知道，蝗蟲之所以能成災是因為蝗蟲可以從孤獨分散的散居型轉變為聚整合群的群居型。而且兩種狀態的蝗蟲性情、長相差距很大，也怪不得一百年前人們一直認為它們是
兩種
生物呢！
散居型和群居型飛蝗（圖片來源：中科院之聲）
不知道小夥伴們心裡有沒有這樣的疑惑：一種生物是怎麼在差異如此巨大的兩種狀態之間轉換呢？是的，不僅僅是我們，世界上的許多科學家都想知道這是為什麼，因為這是蝗災形成的基礎，弄明白飛蝗形態轉變的原因，就能徹底解決蝗災。
飛蝗是怎麼切換兩副面孔的？
為了回答這個問題，國際上的昆蟲學家經過了幾十年的研究，積累了許多的研究成果。雖然在飛蝗“變形”的研究過程中，中國科學家參與得比較晚，但是卻做出了十分重要的貢獻。
康樂團隊從 21 世紀初開始研究飛蝗兩型變化的分子機制，透過多年研究發現，散居的蝗蟲一旦呆在一起，幾個小時就會發生體色的變化，這是由於蝗蟲待在一起後，透過各種感官（如視覺、嗅覺、觸覺）感受到外界的訊號，透過大腦發出了指令，其中起到關鍵作用的是——多巴胺，是不是感覺很熟悉，人們常把愛情和多巴胺的分泌聯絡起來，其實多巴胺不僅僅是愛情來臨的風向標，它更重要的作用是腦內的資訊傳遞（感興趣的小夥伴可以去查閱2000年的諾貝爾生理學或醫學獎），就是它把這個蝗蟲聚集的訊號傳遞下去，啟動了蝗蟲形態的變化的開關。
團隊進一步研究了多巴胺訊號通路上的許多調節因素，包括基因和非基因（如microRNA，LncRNA等）。後來還發現了一系列調節神經活動的激素，說明了飛蝗形態轉變過程中，神經活動扮演了重要的角色。所以說“蝗蟲雖小，五臟俱全”，不過手指大小的小東西，它背後蘊含的生物學機理還很複雜呢！後來，康樂院士團隊完成的飛蝗兩型轉變的分子調控機制研究成果獲得 2017年度國家自然科學獎二等獎。
我們知道了飛蝗兩型變化的開關是神經系統發出的訊號指令，隨後各種分子被動員起來，影響了許多基因的變化，改變了飛蝗的形態，透過圖片，同學們覺得最明顯的變化是什麼呢？
沒錯，就是體色，從通體綠色的散居型飛蝗到黑棕相間的群居型飛蝗，這樣的變化體現了飛蝗高度的環境適應性，我們知道蝗災發生是上億頭蝗蟲聚集的結果，蝗群本身需具備防禦機制才能維持這樣龐大的群體。聚集蝗群最直觀的群體防禦機制是警戒色，即群居型飛蝗使用黑色背面和棕色腹面的體色向捕食者發出警告訊號，而散居型飛蝗則更接近周圍植物的顏色，即均勻的綠色，形成一種天然保護色。但是這一變化是如何在短短几個小時發生的呢？
換膚堪比川劇變臉，太快了！
康樂院士團隊的研究為我們揭開了體色變化的神秘面紗，人們認識到散居蝗蟲的綠色是由藍色和黃色素的組合形成，以此隱藏在綠色植物種，免遭天敵捕食，但是群居蝗蟲的黑色，許多科學家認為就是黑色素的沉積。但是他們發現群居飛蝗體內的黑色素並不比散居飛蝗多很多，無法使體色轉變為黑色。
這時康樂團隊想到了物理三原色搭配的知識，創造性地提出在散居飛蝗綠色的基礎上加上紅色後形成黑色，他們透過一系列研究發現β胡蘿蔔素結合蛋白與β胡蘿蔔素結合後會形成紅色素，而這種蛋白在群居飛蝗體內的含量明顯高於散居型，故而能夠調節蝗蟲從散居型的綠色變成群居型的黑色。原來如此，綠色的蝗蟲紅了臉，就變黑啦！
蝗蟲體色與物理三原色（圖片來源：參考文獻）
怎麼樣，是不是覺得大自然竟如此神奇，小小蝗蟲的“換裝”之路也蘊含了這麼多的奧秘。蝗蟲體內彷彿存在一塊“調色盤”，β胡蘿蔔素結合蛋白作為一隻“畫筆”，蘸上紅色的“顏料”，在綠色的飛蝗身上一畫，它們身上的顏色就變成了黑色，物理學上的三原色配色規則在蝗蟲的體色變化中得到了完美的詮釋！
出品：科普中國
作者：昆蟲實習生（中國科學院）
監製：中國科普博覽
編輯：孫晨宇
參考文獻：
Yang。et al。 A β-carotene-binding protein carrying a red pigment regulates body-color transition between green and black in locusts。 eLife，8： e41362 （2019）
https：//doi。org/10。7554/eLife。41362
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