第九讲 环保昆虫与科研昆虫.doc

第九讲环保昆虫与科研昆虫环保昆虫环境昆虫是指能清除腐植质垃圾及动物尸体的腐食性及肉食性昆虫。这类昆虫约占昆虫种类的17.3%。昆虫还能与微生物互相配合，把污染环境的动、植物尸体及残枝落叶分解成简单的物质，变成有机肥料，再供给植物吸收利用。很难想象，在地球上若没有这些“清扫工”，世界会变成什么样子！蜣螂就是它们中的杰出代表。一、腐食性昆虫，清洁能手腐蚀性昆虫种类甚多，弹尾目以腐殖质为其主要食物，是在阴暗潮湿的森林土表枯枝落叶下种类丰富，虫口密度高。双尾目与弹尾目生活习性相似，喜欢阴暗潮湿，栖息在枯枝落叶下、倒木及腐烂的树木中，常与弹尾目昆虫混杂分布，以动植物的腐败物质为食。（弹尾目通称跳虫或弹尾虫，是属于内口纲的小型节肢动物，以往曾被列入昆虫纲的无翅亚纲，现在通常与另外两个原本属于昆虫纲的原尾目及双尾目合并为内口纲。而内口纲虽然与昆虫类似，但不再列入昆虫类。）缨尾目的石蛃多栖息于热带阴暗潮湿的森林的枯枝落叶中，以腐败的高等动植物、藻类、地衣、苔藓、菌类为食。而衣鱼类的部分种类喜爱温暖的土壤中，或腐木、枯枝落叶等处，以植物残枝落叶为食。等翅目的白蚁类栖息于野外的种类，在热带亚热带森林、草地中，以枯枝落叶、伐后的树头、树根和活树的老死树皮根、枯草为食，为地表的物质转化和循环起着重要作用，与土栖环节动物蚯蚓同时进行着异曲同工的表演。纺足目以枯死或腐烂的植物质及菌类为其主要食料。革翅目属夜行昆虫，日间栖息在土壤、树皮杂草中，球螋亚非科的许多种类腐蚀性，以枯死腐烂的植物尸体为食。鞘翅目的金龟总科的侧气门系多数科及隐翅虫科，阎甲科等多属腐食性。双翅目的毛蚊科和鼓翅蝇科的幼虫取食腐败的动植物或粪便，丽蝇科多数种类幼虫为尸食性和粪食性、蝇科、食蚜蝇科的迷蚜蝇亚科大多数种类属腐食性，少数种类取食粪便。二、粪食性昆虫，清粪功臣当你漫步乡间小道或到牧区游览时，常可发现滚动着的粪球。仔细瞧瞧，原来是两只昆虫在搬运“宝贝”-充饥的粮食。它们的行为十分奇持，一只在前头拉，一只在后面推，这一拉一推，粪球就向前方慢慢滚动。原来这是一对夫妻。通常雌虫在前，雄虫在后，配合默契，那种情景，的确十分有趣。这种灵巧滑稽的小昆虫，就是通常所说的蜣螂或屎克螂，也有称它为粪金龟或牛屎龟的。蜣螂体黑色或黑褐色，大中型昆虫。前足为开掘足，后足靠近腹部末端，距离中足较远，后足胫节有一个端距。触角鳃叶状，锤状部多毛，小盾片看不见。鞘翅将腹部气门完全盖住。完全变态，夜出性，但推粪球是在白天进行。穴居地下(洞穴)生活。蜣螂能把大堆的牛粪做成小圆球，然后一个个推向预先挖掘好的洞穴中贮藏，慢慢享用。因为圆形在地面滚动时省力，运回巢穴比较容易。雌蜣螂把卵产在粪球里，卵孵化后，出世的小蜣螂立刻就可以得到食物吃。这是蜣螂对它的子女母爱的表现。它宁愿自己付出辛劳，使子女出世后不必再东奔西跑为找食而辛苦。然而在蜣螂的同类中，也隐藏着一些懒汉和无赖，它们不好好劳动，常常伺机在半路上去抢夺滚动着的粪球，妄图占为已有，双方为此展开一场搏斗。若是“强盗”获胜，不但掠走粪球，连别人的“妻子”也一起掳走，这些无赖实在可恶! 蜣螂的这种推粪的习性使它成为大自然勤劳的清道夫。我国常见的有神农蜣螂，蜣螂等清粪功臣。澳大利亚畜牧业极其发达，是世界养牛王国，由此而造成大量牛粪堆积如山，既毁坏了大批草地，又滋生了大量带菌的苍蝇，传染疾病，造成灾难。而澳洲本地的蜣螂只会清除袋鼠的粪便。为此澳政府派出专家到世界各国去寻觅能除牛粪的蜣螂。1979年，一位昆虫学家来到中国求助，在我国引去了中国特有品种-神农蜣螂。此虫一到澳大利亚，立即投人战斗，在清除牛粪中大显身手，战果辉煌，一举成功，为当地人民作出了贡献。三、尸食性昆虫，清尸能手鞘翅目埋葬甲科的成虫和幼虫多为尸食性，闻到动物尸体味道便聚集到尸体处，以其有开掘功能的前足挖土掩埋尸体，以供食用；如遇大型动物尸体，则常群栖在大动物尸体中取食，把它们转化成在生态系统中更容易进行循环的物质，像是自然界里的清道夫，起着净化自然环境的作用。这类昆虫对田园的清洁和增加土壤肥力作用很大。我国常见的葬甲有四斑葬甲、花葬甲、大扁葬甲。四、环保上的应用环保昆虫主要是指利用昆虫解决环境污染，主要是家畜粪便污染环境的问题。我国对环保昆虫的研究很少，还未见较为成功的利用报导。世界上，澳大利亚用粪金龟和蜣螂解决牧场污染，减少畜牧疾病的成功事例。科研昆虫科研昆虫指专门用于科学研究的昆虫，这些昆虫一般具有容易饲养，生活史短的特点。如：果蝇,在遗传学中一直被作为研究材料； 家蝇、吸血蝽蟓作为研究材料，导致了营养、毒理、内分泌学等方面的重大进展；萤火虫体内含有的荧光素酶是测定ATP的灵敏试剂，国内外已提取应用；蜻蜓、蝗虫是仿生学研究对象；目前用于农药生物测定的试虫也可称为科研材料昆虫，如：蚊子、家蝇、蟑螂、玉米螟、粘虫、小菜蛾、菜青虫等等。一、果蝇打开生命科学之门的金钥匙作为实验动物，果蝇有很多优点。首先是饲养容易，用一只牛奶瓶，放一些捣烂的香蕉，就可以饲养数百甚至上千只果蝇。第二是繁殖快，在25左右温度下十天左右就繁殖一代，一只雌果蝇一代能繁殖数百只。孟德尔以豌豆为实验材料，一年才种植一代。摩尔根最初以小鼠和鸽子为实验动物研究遗传学，效果也不理想。后来经人介绍，摩尔根于1908年开始饲养果蝇。果蝇只有四对染色体，数量少而且形状有明显差别；果蝇性状变异很多，比如眼睛的颜色、翅膀的形状等性状都有多种变异，这些特点对遗传学研究也有很大好处。对于这些有利的特点，摩尔根也不是一下子都认识清楚了的，而是后来在研究工作中逐渐体会到的。 由于摩尔根的实验室中饲养了很多果蝇，研究人员整天在侍候果蝇、观察研究果蝇，所以人称他领导的实验室为“蝇室”。在摩尔根的领导之下，这个“蝇室”成了全世界的遗传学研究中心。他们的研究成果为全世界遗传学界所注目，他们写出的论文和著作是全世界遗传学家的必读书和重要参考文献。这个“蝇室”还培养出了许多著名遗传学家。 以前苏联的李森科为代表的一些人，曾大肆攻击摩尔根学派以果蝇为主要研究对象是毫无实际意义，是不关心国计民生。事实已经证明这种攻击是站不住脚的。从果蝇身上发现的遗传规律，对其它动植物、对人类也同样适用。理论上有了重要发展，在实践上也必将有重要意义。研究价值在20世纪生命科学发展的历史长河中，果蝇扮演了十分重要的角色，是十分活跃的模型生物。遗传学的研究、发育的基因调控的研究、各类神经疾病的研究、帕金森氏病、老年痴呆症、药物成瘾和酒精中毒、衰老与长寿、学习记忆与某些认知行为的研究等都有果蝇的“身影”。 果蝇以发酵烂水果上的酵母为食，广泛分布于世界各温带地区。果蝇具有生活周期短、容易饲养、繁殖力强、染色体数目少而易于观察等特点，因而是遗传学研究的最佳材料。自从1908年由天才的遗传学家摩尔根把它带上了遗传学研究的历史舞台，约在此后30年的时间中，果蝇成为经典遗传学的“主角”。 科学家不仅用果蝇证实了孟德尔定律，而且发现了果蝇白眼突变的性连锁遗传，提出了基因在染色体上直线排列以及连锁交换定律。摩尔根1933年因此被授予诺贝尔奖。1946年，摩尔根的学生，被誉为“果蝇的突变大师”的米勒，证明X射线能使果蝇的突变率提高150倍，因而成为诺贝尔奖获得者。在近代发育生物学研究领域中，果蝇的发生遗传学独领风骚。1995年，诺贝尔奖再次授予三位在果蝇研究中辛勤耕耘的科学家。果蝇为进一步阐明基因神经（脑）行为之间关系的研究提供了理想的动物模型。果蝇是“培养”诺贝尔奖得主的小昆虫。专家认为，近一个世纪以来，果蝇遗传学在各个层次的研究中积累了十分丰富的资料。人们对它的遗传背景有着比其他生物更全面更深入的了解。作为经典的模式生物，果蝇在21世纪的遗传学研究中将发挥更加巨大而不可替代的作用。转基因果蝇转基因果蝇出世：可用激光照射遥控不再是电子产品的专利，科学家新培育出一种转基因果蝇，可以用激光照射来遥控它们的行为，让懒散的果蝇活动起来，开始爬行、跳跃或飞走。有关论文发表在最新一期的细胞杂志上。虽然遥控这种果蝇还不能像开遥控汽车那样方便，但有关方法对研究动物的神经和行为有着重要意义。以前，科学家在研究动物行为的神经基础时，一般用电极刺激神经等方法。但这些方法是侵入性的，可能妨碍动物的行动甚至使其瘫痪，而且电极也不可能接触到整个神经系统里的每个神经元。连锁与交换定律各种生物染色体的数量是不多的，例如果蝇是4对染色体，豌豆是7对，玉米是10对，人也只有23对。但是，每种生物基因的数量要比其染色体数量多得多。既然基因是存在于染色体上，那么每条染色体上肯定不只有一个基因，而是有许多个。好多人都从理论上做出了这种推测，但是拿不出实验证据，他们根本无法确定某种生物的哪个基因是存在于它的哪一条染色体上。自然科学讲究实证，没有证据时理论是不能得到承认的，至多算是一种合理的假设。 第一个拿出这种证据的是摩尔根，证据来自对果蝇的研究。 果蝇有效检测室内空气污染中国科学家最近发现，小果蝇对危害人类健康的家居装饰材料所散发的有毒气体非常敏感，这种有毒气体一般被称为“隐形杀手”。 作为一种真核多细胞昆虫，果蝇有类似哺乳动物的生理功能和代谢系统，对空气质量非常敏感。通过李曙光（上海同济大学基础医学院院长）科学家的一个有趣的实验，我们发现果蝇的异常表现能反应室内空气污染。 在实验中，在一个10平米的新电表房设置五组果蝇，适应各种装修材料甲醛，苯，氨和氡。每组设两点，分别是0.5米（人体躺下来的高度）和1.7米（人体站着的高度）。每一个点，科学家放40种果蝇来检测空气污染度。 实验结果表明，800个果蝇的平均寿命从正常的50天到25天左右，缩短了一半。这些死亡的果蝇数在每一个测试点几乎是相同的。“这表明，由于不健康的配件，整个房间的空气中充满了有毒气体。如果进入了这样的房间，人的健康就会受损。” 李曙光开始进一步研究受污染空气影响的果蝇的各种生物指标，希望通过果蝇对空气污染敏感的有效途径找到线索,来减少室内空气污染对人体健康的危害。“也许我们可以通过模仿生理机制开发新产品监测室内空气质量”李曙光说。 目前，对人类健康的威胁，室内空气污染已列十强之一。这些有毒物质主要是不合格家居装饰材料所排放，其在中国污染原因年度报告上的死亡人数已愈111000人。二、蜻蜓蜓科的昆虫常在黄昏时出来捕食蚊类、小型蛾类、叶蝉等，是重要的益虫。蜻蜓的飞行速度十分惊人，它每秒能飞5-10米，高速冲刺时飞行能达到每秒几十米，可以连续飞行1小时不停不休息，蜻蜓是肉食性昆虫，它喜欢捉较大型的昆虫，它总是在空中边飞边捕捉昆虫，它快速飞行的时候把脚折叠起来缩在胸部的下面，等到快要捕捉昆虫时，就把脚伸开张成箩状，它的脚上长满了刺，被它捉住的小昆虫很难再逃跑，它捉到小昆虫大部分都是边飞边吃掉的。蜻蜓身体外形像一架灵活的小飞机，它有两对平展透明的翅膀，好似飞机的机翼，它那挺直修长的后腹，犹如飞机的机身，这种体形很适合飞行，最快时每小时能飞100多千米，蜻蜓不仅飞得快，飞得高，而且能飞出许多高难度的飞行动作，随心所欲。全世界的蜻蜓有4500多种，分为两大类，一类叫蜻蜓，停息时翅膀向两侧平展，另一类叫豆娘，翅膀竖立在背上。蜻蜒通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜒能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，其向前飞行速度可达72km/小时。此外，蜻蜒的飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动，甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飞行时安然无恙，于是人们仿效蜻蜒在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。三、蟑螂蟑螂虽然可恶,也是一种科研对象，蟑螂曾经被誉为顽强生命力的象征!蟑螂的繁殖能力和活动范围都令人吃惊。昆虫学家说：只要在家里看到一只蟑螂，表示还另藏有500只!小小蟑螂的确有吸引人之处。在昆虫学家眼中，蟑螂的行为常常让人把它们和哺乳动物而不是昆虫联系起来。雌性蟑螂对后代关怀备至，堪称模范母亲。在排卵之前，就先为后代做一个“安乐窝”在腹部形成一个类似袋鼠育儿袋的卵鞘，虫卵在里面一天天发育。雌蟑螂会一直拖着这个沉重的“包袱”，直到幼虫出世，而不像其他大多数昆虫那样排完卵后任其自生自灭。卵鞘还会分泌出跟哺乳动物乳汁一样有营养的物质来。而雄性蟑螂也承担养育后代的责任，它们会去找鸟粪吃，惟一的目的就是把珍贵的氮元素遗传给后代。蟑螂是相当完美的试验标本，为科学研究而献身。它们易于饲养，繁殖迅速；生命周期短，可一年之内完成四代；能在几个月的时间内处于假死状态，随时备用；从德国小蠊到美洲大蠊，型号大小齐全；而且，用它们做试验不会引起动物保护者们的抗议。神经生物学家更是偏爱蟑螂甚于白鼠。蟑螂对一丝微风或化学气味都十分敏感，这是它们触须具备的独特功能。研究蟑螂逃脱行为的科学家发现，往蟑螂身上吹风，它们50毫秒内就会开溜。触一下蟑螂的触须，它们在20毫秒内就会逃跑。相比之下，人类脑部通常需要200毫秒才能对刺激产生反应。这种触觉敏感性，加上它们的神经细胞都比较大，使得蟑螂成了科学家研究神经细胞机理的理想标本。甚至蟑螂的头被割下后，在12个小时内，它仍然可以存活，并对外界的变化作出反应。仿生学方面