PNAS:飞蝗飞行特征控制机制的研究进展

来源：深圳先进技术学院2022-01-12 08:20

动物飞行对其生存和繁殖具有重要意义。蝗虫群的长途迁徙是蝗灾爆发的主要原因，蝗灾会造成严重的经济损失，并因食物短缺而导致饥荒。蝗灾爆发时，大规模、高密度的群居性飞蝗一世代可聚集飞行2000多公里，单次最长飞行时间在10小时以上。相反，当蝗虫密度较低时，分散的飞蝗很少长距离飞行，在求偶或躲避天敌时只飞很短的距离。同一物种

动物飞行对其生存和繁殖具有重要意义。蝗虫群的长途迁徙是蝗灾爆发的主要原因，蝗灾会造成严重的经济损失，并因食物短缺而导致饥荒。蝗灾爆发时，大规模、高密度的群居性飞蝗一世代可聚集飞行2000多公里，单次最长飞行时间在10小时以上。相反，当蝗虫密度较低时，分散的飞蝗很少长距离飞行，在求偶或躲避天敌时只飞很短的距离。同一种蝗虫在不同的种群密度下，群居和分散的飞蝗可以分化出明显不同的飞行特征。然而，目前尚不清楚飞蝗是如何根据自身的种群密度调整不同的飞行策略，以及背后的调控机制。

中国科学院北京生命科学研究院发表了一篇关于PNAS的研究文章，题目是失密塑造了飞行特征发散中的能量物质化和氧化应激恢复。中国科学院院士和北京生物科学院游憩团队通过对蝗虫飞行行为的分析，发现蝗虫生长期的种群密度决定了其成虫阶段的飞行特征。飞行特征的分化符合社会和分散生活的特点。研究发现，低密度分散飞蝗飞行并不差，但爆发力强，飞行速度快，但缺乏耐力，表现出与“短跑”运动员相似的飞行特征。相反，高密度群居的飞蝗长时间低速飞行，类似于长跑运动员的飞行特点。“短跑”和“长跑”的飞行特征分别与两种飞蝗的生活特征相匹配。在高种群密度下，“长跑”的飞行特征有利于群居性飞蝗的长期长距离飞行和维持巨大的迁徙群，以寻找充足的食物和合适的产卵地。分散飞蝗“冲刺型”的飞行特点有利于飞蝗寻找配偶，快速躲避天敌，因为它想留在当地繁殖，不需要迁徙。当种群密度增加时，飞蝗可以改变飞行特征来满足迁徙的需要。

为什么会有这样的调控转换机制？过去，科学家们认为这两种蝗虫不同的飞行特性是由使用的能量材料不同造成的。通过强迫飞行治疗和多组学分析，游憩团队发现两类飞蝗所使用的能量物质种类没有明显差异，但蝗虫飞行肌肉中能量代谢过程的差异是导致群居和分散飞蝗飞行特征和能力分化的主要原因。与群居型飞蝗相比，分散型飞蝗在休息和飞行过程中表现出较高的能量代谢模式。进一步分析与能量代谢相关的基因表达、呼吸代谢检测、RNA干扰和药理功能验证表明，飞蝗飞肌的高能代谢模式提供了飞行所需的更多能量，但在飞行过程中产生了更多的活性氧(ROS)，造成了氧化应激的积累，抑制了其长距离飞行能力。相反，葛雷格相对较低的能量代谢

群居飞蝗和分散飞蝗的长距离飞行能力存在明显差异，有科学家认为可能是它们之间能量储存的差异造成的。通过比较群居飞蝗和分散飞蝗的能量储存，研究人员发现，虽然群居飞蝗的甘油三酯脂质储存量比分散飞蝗多，但在两种飞蝗长途飞行能力明显不同时，飞行过程中储存在能量储存中的甘油三酯并没有明显消耗。因此，乐康提出了飞蝗群居和分散的飞行能力差异是由飞行肌肉的能量代谢供给和稳定的氧化压力平衡决定的假说，而不是传统的能量储存差异思想。

这项工作揭示了飞蝗通过能量代谢的可塑性和飞行肌肉中氧化压力的产生来改变其飞行特性，从而适应未来成年人的生活史策略。飞行特征变化的适应策略也可能存在于其他昆虫和动物中。该研究改变了能量代谢与长距离飞行能力关系的传统认识，为飞蝗长距离飞行的研究提供了理论依据，为动物飞行适应策略的研究提供了新的视角。行为、转录组学、代谢组学和蛋白质功能数据的研究将有助于飞蝗多态性的研究。(100yiyao.com)

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