易科泰SSI能量代謝測量技術助力中科院院士團隊飛蝗遷飛研究

還記得2020年初那場全球蝗災嗎？在人類激戰(zhàn)疫情之初，一場由沙漠蝗引起的蝗災悄然從東非渡過紅海，進入歐洲和亞洲，到達巴基斯坦和印度。其千里之行給途徑國家?guī)眇囸I恐慌，并讓許多人擔心壓境蝗蟲是否會威脅我國糧食安全。

依托于熱帶和亞熱帶沙漠生境的沙漠蝗不會給我國帶來危害，但其“親戚"—飛蝗在我國歷造成許多民不聊生的災害。成群飛蝗馬拉松式的長距離遷飛是造成蝗災爆發(fā)的主要原因；但散居型飛蝗卻很少這么干，它們更青睞短途旅行。飛蝗為何會根據(jù)種群密度調整飛行對策呢？

在2022年1月4日發(fā)表于美國《國家科學院院刊》的一項研究中，中國科學院北京生命科學研究院康樂院士團隊解釋了飛蝗“欲速則不達"的飛行奧秘，為動物的飛行適應策略研究提供了新的視角。

研究發(fā)現(xiàn)，蝗蟲飛行肌中的能量代謝過程的差異是群居型和散居型飛蝗飛行特征和能力分化的主要原因。相較于群居型飛蝗，散居型飛蝗無論是在靜息狀態(tài)下還是在飛行過程中，均表現(xiàn)出較高的能量代謝模式。進一步的能量代謝相關基因表達分析、呼吸代謝檢測、RNA干擾及藥理學功能驗證表明，散居型飛蝗飛行肌高能量代謝模式提供了較多的飛行所需能量，但在飛行過程中會產(chǎn)生更多的活性氧，從而造成氧化壓力積累并抑制其長距離飛行能力。相反，群居型飛蝗相對較低的能量代謝使其在長時間飛行過程中能夠保持較少的活性氧產(chǎn)生，從而維持飛行肌的氧化壓力平衡。通過改變飛蝗種群密度，他們發(fā)現(xiàn)兩型飛蝗的飛行特點、飛行肌能量代謝相關基因的表達以及飛行過程中活性氧的產(chǎn)生，能夠向相反的方向改變。這充分地說明蝗蟲成長過程中經(jīng)歷的種群密度塑造了這種飛行特征。

近些年動物的異常遷飛（徙）給人類社會帶來了很多未知和風險，而人類對支配這些異常復雜行為背后的呼吸代謝能量學機理研究卻很少。易科泰生態(tài)技術有限公司作為SSI呼吸代謝技術中國專業(yè)技術服務中心，提供全齡動物靜息、活動、飛行、繁殖等行為狀態(tài)以及環(huán)境模擬和野外條件下的高精度能量代謝監(jiān)測定制技術方案，助力于地球動物與人類在生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康領域的創(chuàng)新型科學研究。

部分前沿研究案例如下：

1.English, S.G., Sandoval-Herrera, N.I., Bishop, C.A. et al. Neonicotinoid pesticides exert metabolic effects on avian pollinators. Sci Rep 11, 2914 (2021).

2.Freeman, M.T., Czenze, Z.J., Schoeman, K. et al. Extreme hyperthermia tolerance in the world’s most abundant wild bird. Sci Rep 10, 13098 (2020).

3.Gutiérrez, J.S., Sabat, P., Casta?eda, L.E. et al. Oxidative status and metabolic profile in a long-lived bird preparing for extreme endurance migration. Sci Rep 9, 17616 (2019).

4.Mcguire L P , Jonasson K A , Guglielmo C G . Bats on a Budget: Torpor-Assisted Migration Saves Time and Energy[J]. Plos One, 2014, 9.

5.Mcwilliams S , Pierce B , Wittenzellner A , et al. The energy savings-oxidative cost trade- off for migratory birds during endurance flight[J]. eLife Sciences, 2020, 9.

6.Pe?a-Villalobos, I., Casanova-Maldonado, I., Lois, P. et al. Costs of exploratory behavior: the energy trade-off hypothesis and the allocation model tested under caloric restriction. Sci Rep 10, 4156 (2020).

7.Thompson M L , Nomakwezi M , Bennett N C , et al. Solar Radiation during Rewarming from Torpor in Elephant Shrews: Supplementation or Substitution of Endogenous Heat Production?[J]. PLoS ONE, 2015, 10(4):e0120442-.

8.Youngblood J P , Vandenbrooks J M , Babarinde O , et al. Oxygen supply limits the heat tolerance of locusts during the first instar only[J]. Journal of Insect Physiology, 2020.

9.【中國科學報】飛蝗飛行奧秘獲揭示：群居“馬拉松"散居“百米賽"