在历史的长河中,蝗灾作为一种自然灾害,曾多次给我国乃至全球的农业生产带来重创。然而,这一阴霾在1973年迎来了破晓的曙光,在马世骏先生(康乐院士的老师)的带领下,研究团队通过实地考察、定点观察、室内试验、数据分析等方法,揭示了飞蝗爆发的主因是水、旱灾的相间发生,明确了飞蝗次生型的演变规律及其机制。
针对这些情况,马世骏先生提出了“改治结合,根除蝗害”的飞蝗治理策略与措施,并通过科学方法改变了蝗虫与环境之间的关系,让中国从数千年蝗灾频发的国家,变成了一个基本控制蝗害的国家。
但令人头疼的是,即便在马世骏先生等人的努力下,蝗灾被有效遏制,却在康乐院士即将博士毕业之际,国内蝗灾又呈现死灰复燃之势。气候变化和农业种植制度的改变等因素助推了飞蝗大军卷土重来,对当地农业生产和生态环境构成了巨大威胁。
1999年,康乐院士和他的团队前往内蒙古调查蝗灾。彼时的内蒙古被蝗虫席卷,它们如同潮水般汹涌而来,给这片广袤的土地披上了一层不安的阴影。许多牧民站在自家帐篷前,望着这片曾经肥沃、如今却满目疮痍的草原,眼中满是无助与哀伤。康乐院士等人所在的车辆甚至因为车轮轧死太多蝗虫而打滑。
面对这一严峻形势,康乐院士意识到,治理蝗灾不是一劳永逸的,新一代科学家有必要从更深的层面研究飞蝗。于是,他将全部心血投入到治理蝗灾的研究中,力求找到科学有效的防治方法。
过去,我国科学家在治理蝗虫的征途上,主要从蝗虫与其生存环境的关联性入手,力求遏制蝗灾的蔓延。然而,康乐院士认为,世界生命科学的发展突飞猛进,新一代科学家肩负着与国际前沿接轨、创新的使命,他们应采用最先进的研究方法,为蝗虫研究赋予新的生命力。
1999年9月,一个具有里程碑意义的时刻到来——中国正式获准加入人类基因组计划,这不仅标志着我国在生命科学领域迈出了一大步,也为我们探索未知、解锁生命奥秘提供了前所未有的机遇。康乐院士抓住了这个机会,紧扣时代脉搏,开启了关于蝗虫基因组的研究活动。
当时众多科学家长期徘徊于蝗虫散居与群居两型转变研究的迷宫中,他们不懈地在生理与行为领域探索,却难以找到那把解锁秘密的钥匙。然而,一次意外的契机引领康乐院士踏入了蝗虫基因组研究的广阔天地。
作为科研任务的一部分,康乐院士被院领导委以重任,负责监督研究进度,每天往返于华大与研究所之间,也是在这个过程中,康乐院士对基因组科学进行了深入的了解和学习,他开始思考如何把基因组科学应用到解决蝗虫散居向群居两型转变的问题上,从而开辟了一条全新的思路。
首当其冲的挑战,便是掌握蝗虫那庞大而复杂的基因组信息。蝗虫的基因组规模超乎想象,竟是人类的2.5倍、果蝇的30多倍。面对如此庞大的数据量,康乐院士毅然申请了100多万的经费,投入到这项看似“奢侈”却意义重大的研究中。尽管当时采用的EST技术成本高昂,几乎让团队有“破产”之感,但康乐院士已经做好了破釜沉舟的准备,誓要揭开这一自然之谜。
在这条充满未知与挑战的道路上,质疑与不解如影随形。有生理学家提出质疑:“蝗虫的行为调控是非常复杂的一个过程,怎么可能用几个基因就说明它的调控作用呢?”然而,康乐院士坚信基因组作为生命的蓝图,必定蕴含着解开蝗虫两型转变之谜的关键线索。
终于,在康乐院士不懈的努力与坚持下,2014年1月14日,他的团队和深圳华大基因研究院、中国科学院北京生命科学研究院等科研机构携手,成功破译了飞蝗的全基因组序列图谱,这是迄今人类破译的最大动物基因组。
这一研究成果不仅开拓了一个新的领域——生态基因学,也为推动蝗虫成为研究人类疾病和行为的生物医学模型奠定了重要基础,为生命科学领域的深入探索开辟新的方向,为人类的健康和福祉带来更加广阔的前景。
直到在一次前往德国的途中,康乐院士回忆起自己的美术老师曾要求他们画人物头发时为了追求自然感,不让他们直接用黑色颜料画,而是让他们用红、黄、蓝三个颜色调出黑色。康乐院士顿时联想到散居型蝗虫的绿色,那不就是蓝和黄的结合吗?而群居型是黑色的,那么如果把红色加进去是否就能变黑色呢?
为了验证这一突破性想法,他在抵达目的地后,迫不及待地组织学生立即投入实验。实验结果令人振奋:通过在绿色散居型蝗虫体内上调β-胡萝卜素结合蛋白,其体色成功转变为黑色;而从虫体上将β-胡萝卜素结合蛋白和β-胡萝卜素复合物分离出来,呈现红色,离体实验也是红色,这正反两方面都验证了康乐院士的想法。
康乐院士就此破解了蝗虫基因组里“调色盘”的秘密,实现了在蝗虫身体上通过三原色进行调控的壮举。这一发现不仅为蝗虫研究领域带来了革命性的变化,也为其他昆虫乃至更多生物体的研究提供了宝贵的参考和启示。
来源:北京科普发展与研究中心