作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2018/8/22 9:54:23
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不请自来的天敌
生物控制研究遭遇新课题

 

臭虫是一种令人唾弃的害虫,它们会攻击作物。图片来源:MATT ROURKE

在一条乡间小路旁的桃园里,一位不速之客横冲直撞。茶翅蝽一直在吞食尚未成熟的果实。这是一种被人鄙视的入侵害虫,它们能危害果树和农作物,甚至入侵房屋。一旦被碾碎则会发出刺鼻的气味。

但在这片由美国罗格斯大学农业研究与推广中心管理的果园里,这些盾状臭虫是一个研究课题。

这种虫子原产于亚洲,1998年首次在美国被发现。统计数据估计,仅大西洋中部的苹果种植者在2010年就因臭虫损失了3700万美元。

然而,在桃园,另一个令人惊讶的入侵者在3月到来,而它们可能是臭虫的天敌。

像许多入侵物种一样,茶翅蝽在它的新家没有天敌控制其数量。所以在2005年,美国农业部(USDA)农业科研局(ARS)昆虫学家Kim Hoelmer及其团队将战略转向经典生物防治:他们前往亚洲找到臭虫的天敌,然后带回美国。

在农场和植物园里,研究小组四处寻找茶翅蝽的卵,并检查是否有寄生蜂入侵过,这些寄生蜂会把自己的卵注入臭虫体内,留下幼虫吃掉正在发育的臭虫。

非请自来

到目前为止,他们发现的最普遍的寄生虫是武士黄蜂,尽管有着可怕的名字,但它却比芝麻还要小。该研究小组将一些武士黄蜂引入隔离设施,并开始测试它是否是一个好的生物控制候选品种。

然而,在2014年,Hoelmer接到了一个令人意想不到的电话。佛罗里达农业和消费者服务部分类学家Elijah Talamas一直在帮助另一个小组鉴定寄生蜂。他发现武士黄蜂已经出现在这里。

“这是令人震惊的消息。”Hoelmer回忆道。他花了数年时间在实验室里研究黄蜂,以确保一旦被释放,它能在不伤害本地物种的情况下完成工作。但这些小昆虫已经在这里了。而且,基因测试证实黄蜂并没有从隔离设施中逃出来。

不知怎的,它们自己“移民”了。

在过去几十年里,各种各样未经邀请的生物控制候选物种出现在新的大陆上,包括能杀舞毒蛾的真菌和能吞噬引起过敏的豚草的甲虫。马里兰州大学帕克分校昆虫学家Donald Weber说:“这样的例子越来越多了。”他的团队发现了第一批美国武士黄蜂。他表示,“我们曾认为天敌到来可能比入侵害虫要难。但有时,这可能相当容易”。

武士黄蜂意想不到的到来让科学家和监管者感到不安。这显示旨在小心控制昆虫入侵的规则似乎毫无意义。这也促使人们重新审视美国的一些规定。

但是这样偶然的引入也将研究人员从一些常见的限制中解放出来,这允许他们在试验田里检测生物防除效果,而不是局限在实验室。现在大约有十几个美国团队将武士黄蜂放到农田和果园,看看它们能否打败臭虫。

一物降一物

经典的生物控制已经取得了一些不可否认的成功,比20世纪80年代在非洲释放的南美洲黄蜂,控制住了木薯水蜡虫。该项目保护了当地一种主要作物,挽救了大约2000万人的生命,其负责人瑞士昆虫学家Hans Rudolf Herren因此赢得了1995年世界粮食奖。

但许多生物防除项目也带来了灾难:1883年,在夏威夷释放猫鼬控制老鼠的行为摧毁了本地鸟类和龟;1935年,被送到澳大利亚的甘蔗蟾蜍未能控制破坏甘蔗的甲虫,反而杀死了当地的爬行动物、青蛙、鸟类和哺乳动物。

随着该领域的成熟,许多国家开始严格控制生物防除主体的释放——包括昆虫、真菌和细菌,并要求研究预测潜在的“非目标效应”。就像Weber说的,“现在人们更有责任感了”。

在美国,研究人员必须向USDA动物和植物健康检查局(APHIS)提交一份提案。该提案必须包括实验室数据,以确定候选者是否有可能食用或寄生于目标害虫以外的物种。随后,3人专家组对其安全性证据进行审查:该小组由加拿大和墨西哥的代表和一个APHIS官员组成,有时还有美国鱼类和野生动物管理局介入。这个过程可能需要数年时间。

但生物体有办法避开官僚主义。潜在的有益物种很可能会通过国际贸易和旅行等方式到达新大陆,与害虫前来的方式一样。加州大学河滨分校昆虫学家Paul DeBach在1971年的一篇文章中称这种现象是偶然的生物控制。

而且,这可能是一种恩惠。最近,以入侵的豚草为食的北美叶甲虫偷偷进入欧洲,从而使许多人免于花粉引起的痛苦。

在20世纪80年代末,一种奇异的真菌——嗜虫霉开始在新英格兰地区传播,它能杀死舞毒蛾的毛虫。“这是非常令人兴奋的。”康奈尔大学昆虫学家Ann Hajek说。她的团队曾试图引入这种真菌,但没有成功。当然,在它自己到达时,Hajek团队花了数年时间确保其不会伤害当地的毛虫物种。“我们很幸运,当地物种基本上没有受到影响。”她说。

不过,意外的到来也会带来心痛。瑞士农业和生物科学中心昆虫学家Tim Haye和合作者花了10年的时间制定计划,释放欧洲寄生蜂控制入侵加拿大象鼻虫。但在2009年,这种黄蜂出现在加拿大魁北克。“我非常失望。”Haye说。

机会还是危机

当然,这些入侵者的到来充满变数。由ARS昆虫学家Keith Hopper领导的一个小组研究了将寄生蜂作为抗大豆蚜虫的生物防除体的可行性,但实验室测试显示,它能广泛寄生在蚜虫体内,包括一些本地蚜虫。“我永远不会把它带进来。”该项目合作者、明尼苏达大学生态学家George Heimpel说。

但在2005年,这种蜜蜂出现在宾夕法尼亚州。现在它们已经建立起完善的种群,Heimpel小组正在研究本土蚜虫种群是否处于危险中。

然而,这样无计划的引入也给研究人员提供了机会,创造了Haye所说的一个巨大野外试验,用来测试关于控制生物的影响。对于武士黄蜂来说,研究人员现在可以得到各州监管机构的许可,启动一些实验,包括繁殖和释放偶然引进的野生武士黄蜂。否则这些昆虫必须被隔离,直到联邦监管机构确信它们是安全的。

去年5月的一个晚上,3600只武士黄蜂涌进了布满臭虫的新泽西果园。由罗格斯大学昆虫学家Anne Nielsen和密苏里大学昆虫学家Kevin Rice领导的一个研究小组,把粘着臭虫卵的卡片放置在桃树上以及森林边缘。他们计划几天后收集卡片,看看黄蜂是否冒险进入果园,去消灭破坏桃树的虫子。

这些昆虫是Nielsen于2017年在附近的新泽西果园中首次发现的黄蜂的后代。自2014年以来,武士黄蜂在10个州和华盛顿特区出现,研究人员已经确定了至少3种不同的种类。

也许黄蜂胚胎藏在一艘货船上的植物的臭虫卵里,或者成年黄蜂甚至可能搭上一名毫无戒心的乘客的“顺风车”。它们的到来也带来了许多问题。它们的行为会有所不同吗?它们会在哪里聚集和觅食?它们会显著减少臭虫的数量吗?农民是否可以通过调整做法来支持黄蜂——例如,在昆虫最集中的地方不喷洒农药?Rice说,探索一个很少被研究的外来物种的基本问题“令人兴奋”。

然而,对于美国的监管机构来说,黄蜂的意外到来带来了一个难题。“这是一个很好的机会,我们可以借机制定法律,并决定将如何处理这些情况。”负责评估释放申请的APHIS昆虫学家Robert Pfannenstiel说,“我们是否会改变已经存在的政策和流程呢?”

无论如何,这样的到来“令人惭愧”,这提醒人们,人类在塑造环境方面所面临的限制。“我们对事物的控制比我们想象的要少。”Weber说。(唐一尘编译

《中国科学报》 (2018-08-22 第3版 国际)
 
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