昆虫与信息素
带着洋溢在脸上的自豪和满足感，眼前的这个农民正守望着他那一望无际的番茄地。这片番茄已经到了收获的季节，闪耀的动人的红光。但仅仅几年前，他还准备放弃种植番茄。当时，讨厌的番茄蛲虫差不多毁掉了他收成的三分之二，这种损失真的是毁灭性的。尽管他疯狂地使用各种杀虫剂，这些虫子还是可以在他的番茄上钻出一个个洞，让番茄的表面满目疮痍，还有非常难看的黑斑，这种番茄还有谁会买呢？
但是现在，在他种植的番茄的茎上已经分别缠绕上了一种有效的“化学卫士”。这些“化学卫士”是一种中空的塑料管，可以散发出一种化学物质来干扰番茄蛲虫的成虫进行交配的能力，并以此来打破这种害虫的生长周期。今年，这个农民种植的番茄中至少有四分之三可以直接上市，这要归功于对番茄蛲虫的“计划生育”措施。
这个农民获得成功的故事是相当于一个多世纪以来众多昆虫学家和化学家所进行的研究的直接结果。这些昆虫学家和化学家将毕生的精力投入到对昆虫的成虫如何将附近的成虫吸引过来进行交配，以及一只蚂蚁如何让它的全部同类知道附近一块食物的具体位置以及诸如此类的生物之迷的研究之中。科学家们寻找新的手段来控制害虫，然后再在初级研究的基础上对新的技术进行应用。结果就是，各种各样的农作物的种植者现在都可以拥有一种高效的武器来对付害虫，并最终赢得保护自己的农作物的战役。
这些最新式的“化学武器”实际上是由那些害虫自己所分泌的化学物质。同传统的杀虫剂不同，这些最新式的化学物质 —— 被称为信息素 —— 对动物没有任何危害，当然对人类也就没有任何危害了。信息素实际上只会中断害虫的生殖循环。同时，信息素还可以用来吸引那些害虫进入陷阱，并以此来帮助那些农民来追踪害虫的生长情况以及发育的阶段等具体信息。在这种情况下，农民可以减少所使用的杀虫剂的份量 —— 这样就可以在害虫最脆弱的生长阶段或害虫的数量超过一定的标准时才使用杀虫剂了。
这篇文章探索了最终导致以信息素为基础开发出来的害虫控制研究的轨迹。这个故事的背后讲述的是方法已经开始让整个农业都悄悄地发生变化，这同时也让我们对科学如何对人
类社会起到戏剧性的作用举了一个生动的例子，让我们以一种生动的方式了解了科学基础研究如何来产出一种知识，而这种知识将在实践中让整个人类都从中受益。 [ 1 ] 一种充满诱惑的味道
19世纪70年代的一个五月的早晨，法国自然学家让-亨利·法布尔（Jean-Henri Fabre）正兴致勃勃地看着一只雌性大孔雀蝶从他的研究实验室的桌子上的一个茧中破茧而出。他将这只大孔雀蝶放在一个纱布做成的罐子下面，让它晾干自己的翅膀。当晚约九点左右，法布尔的兴趣被吸引到了大约十二只雄性大孔雀蝶的身上。这些雄性大孔雀蝶的特征十分明显，翅膀上的眼状斑纹震动着，直径足有6英寸。这些雄性大孔雀蝶是从房间打开的门窗中直接飞到屋子里来的，这实在让法布尔感到惊讶。法布尔在记录中写到：“这些雄性大孔雀蝶来自各个方向，这让我感到有些无所适从。现在这里有四十个狂热的追求者要对那天早晨在这里诞生的待嫁新娘表示它们的关怀，而这个新娘只不过是我对这些生物之迷进行研究时在我这里出生的而已。”在接下来的几个星期中，法布尔又接连抓住了150多只雄性大孔雀蝶。而无论他将那只雌性大孔雀蝶挪到什么地方，那些雄性大孔雀蝶都可以直接飞到“她”的身边。是什么在吸引者“他们”呢？法布尔对次感到非常的吃惊与好奇。
在接下来的几年中，法布尔开始了辛勤的实验来了解大孔雀蝶的秘密。终于，他得出了一个结论，那就是虽然人类的鼻子无法闻到，但雌性大孔雀蝶一定是释放了一种味道，而这种味道对她的那些同类异性来说是具有非凡的吸引力的。
纽约的昆虫学家约瑟夫·A·林特纳（Joseph A. Lintner）在法布尔之后没多久也得出了同样的结论。当时，他在自己办公室的玻璃橱窗中放了一只雌性的西美腊梅丝蝶进行展示。几分钟之内，就有几只巨大的棕色雄性西美腊梅丝蝶蜂拥而至，其中最大的翼展达4英寸，并且一直试图要进入到展示橱窗之中。有五只雄性西美腊梅丝蝶被吸引到雌性蝶的身边，而这一情景让很多在玻璃橱窗下面观看雌性蝶的人感到十分的惊奇。
但是，林特纳却将法布尔的思索进行了进一步的推进。他不但假定雌性蝶释放了一种对雄性同类具有特别敏锐的吸引力的化学物质，而且他还预见到了人类将有可能利用这种化学物质来作为控制害虫的一种有效手段。在提到这些化学物质“不可抗拒并且具有很强的穿透力”的时候，林特纳问到：“为什么化学不能介入到经济昆虫学的领域，来帮助完善人们所需要的廉价的有气味物质的体系呢？” [ 2 ] 寻找神秘的化学物质
由于十九世纪末及二十世纪初时化学技术的限制，这种迷一样的物质始终蒙着一层神秘的面纱。然后，到了二十世纪三十年代，德国凯泽威尔海姆生物化学学院的一位德国化学家决定要坚定不移地解决这个问题。
阿道夫·布特南特（Adolph Butenandt）在此之前就因为发现了人类性激素雌激素酮、睾丸激素以及黄体酮而知名。这一次，他将研究的方向转向了那种雌性大孔雀蝶用来吸引雄性同类的神秘物质，这让他的研究进入到了该领域研究中的一个完全不同的分支。布特男特认为他的研究工作将展开一项全新的研究领域。同林特纳一样，他也预见到了这项研究将可以开创一种新的方式，用来控制害虫。
布特男特进行的研究时间跨越了很长的一个时段，从希特勒在德国当政的时期，到第二次世界大战，以及战后德国漫长的恢复期。这项工作的难度是非常大的。开始时，他将未经过交配的雌性蚕蛾腹部末梢研磨成粉末，然后再搅拌到一起。然后，他使用分析化学技术，将分离出来的蚕蛾的成分进行不同的萃取，再用萃取出来的不同成分在雄性蚕蛾身上进行实验。经过驯化的蚕蛾已经丧失了飞行的能力，但雄性蚕蛾的附近如果有雌性同类，就会兴奋地挥动翅膀 —— 这实际上是受到了布特南特分离出来的物质之一的诱骗。
这项研究的过程持续了大约三十年，布特南特在他的研究过程中总共研磨了大约50万只雌性蚕蛾来辨别它们引诱雄性蚕蛾的香味。最后，在1959年，他宣布获得了成功：那种物质实际上是一种酒精，布特南特将其命名为“蚕蛾性诱醇”（bombykol），这个名字实际上是来自于蚕蛾的拉丁文学名：Bombyx mori。
同一年，德国生物化学家皮特·卡尔森（Peter Karlson）和瑞士昆虫学家马丁·卢斯切尔（Martin Lüscher）提出了“信息素（pheromone）”这个词汇（希腊语意为“兴奋的载体”）。研究者们当时正在忙着分辨那种维系着白蚁精密的等级系统的化学物质，因此他们制造了这个词汇来形容一种动物发出的用来引发同类中其他成员的特殊行为或持续反应的化学物质。
布特南特对一种昆虫信息素的成功描述激发了其他人以单调的研究工作为基础来寻找由其他昆虫制造的信息素的研究工作。
从动物的行为来分析动物的反应，比如布特南特所使用的蚕蛾震动翅膀的反应在二十世纪六十年代之间一直被用作分辨信息素的关键手段。例如，在1961年，伦敦罗萨姆斯泰德实验站的科林·G·巴特勒（Colin G. Butler）就使用行为分析方法辨别出了一种调节某种昆虫生理发育的信息素。当时用来进行实验的昆虫是蜜蜂。科学家们已经知道，蜂王可以散发出一种物质，这种物质可以让工蜂停止喂养其他的蜂王。巴特勒用下颌腺分泌物来检测是否这种分泌物会组织工蜂建造特殊的蜂王饲养巢穴。通过行为分析方法，巴特勒辨别出了一种有蜂王分泌的信息素。这种信息素不但会阻止工蜂喂养蜂王，同时还会让工蜂的卵巢停止发育。
科学家们随即将他们的研究方向从益虫——比如蚕蛾和蜜蜂转移到了对害虫的研究上。使用行为分析方法，研究人员辨别出了由一些有害的昆虫用作引诱剂的信息素。这些有害昆虫包括黑金龟子、加利佛尼亚5脊雕刻虫、西部松毛虫、卷心菜菜粉蝶以及割叶蚁。
但是，也有很多科学家对信息素的研究最后也是以失败而收场的。要取得新的研究进展，就要依靠新的方法和新的尝试了。那么，当时有什么别的方法用于信息素的测试呢？
对于这个问题，研究人员考虑了相当的一段时间。早在1953年，皮特·卡尔森就向他的同伴 —— 生物学家底特里希·施奈德（Dietrich Schneider）建议，使用他的电生理学领域的特殊技术来利用电流检测信息素。
施奈德接受了这个挑战。当时，生物学家们猜测很多蛾类昆虫那长长的绒毛状触角就是让它们用来探测空气中的信息素分子的。施奈德由此提出了一个天才的设想：他可以使用触角作为信息素的“嗅探器”，进而推理出这些触角会对相应的化学物质产生反应，然后会放出生物电，接着在受到刺激的情况下神经细胞就会做出特别的反应。
在触角的两边接上电极，用以感应生物电的活动。接着，他将含有蚕蛾性诱醇的萃取物（当然是由布特南特的实验室提供的）通过空气吹到触角上。他惊奇地发现当触角接触到那些萃取物的时候，生物电反应产生了一个峰值，这个发现让他感到震撼。施奈德随即将这种昆虫触角对气味敏感的生物电反应命名为“生物电触角程序”（EAG），并于1957年报告了他的发现和该项技术。 [ 3 ] 隐秘行为
尽管获得了这些成功，许多人对信息素的研究仍然未能获得成功。那些在原始状态时对雄性昆虫具有非凡吸引力的萃取物被净化成化合物的状态后却失去了那种神秘的诱惑力。而在很多情况下，在实验室中通过了信息素测试的合成化合物却在实践中对雄性昆虫失去了诱惑力。
为什么会产生这样的情况的迷题于二十世纪六十年代中期开始先后在化学家罗伯特·西尔维斯坦（Robert Silverstein）的实验室和加利佛尼亚州斯坦佛学院被揭开了谜底。西尔维斯坦与位于伯克利的加州大学的昆虫学家大卫·伍德（David Wood）合作，辨别一种既可以刺激雄性树皮甲虫，也可以刺激雌性树皮甲虫的信息素。这种树皮甲虫只共同寄居在松树上。当这些甲虫在树皮上穿凿出一个树洞时，这种发出“集合”信息的信息素会吸引大量的甲虫来穿透松树自身的防御体系 —— 比如树受到伤害时从树洞附近分泌出来的树脂。
伍德检测到信息素就包含在那些树洞中的锯末状的混合物中以及那些甲虫在它们开凿的树洞时排出体外的排泄物小球中。他将这些有效的混合物收集了大约10磅，发送给西尔维斯坦，西尔维斯坦则在实验室中分析这些混合物。这种混合物实际上就是“蛀屑”。
西尔维斯坦和伍德分析了带有信息素的蛀屑中的成分。他们之所以这么确定是因为他们亲眼看到正是这些蛀屑吸引着甲虫排着队向蛀屑的方向聚集。但当他们将蛀屑分离成三种主要化合物时，他们却发现每种单独的化合物对甲虫的吸引作用却消失了。而当他们在实验室测试中将这些化合物中的两种进行混合时，他们又发现那种对甲虫的神秘吸引力又出现了。
对于这个发现，西尔维斯坦和伍德感到非常振奋。他们在实践中将两种化合物的混合物进行测试。结果却令他们感到非常吃惊，因为将两种混合物混合后，他们没有吸引到计划中想要吸引的树皮甲虫，反而倒吸引来了一种鞘翅类小蠹科甲虫。但当他们重新将三种化合物混合，并以此来作为诱饵时，他们又吸引来了非常多的树皮甲虫，这同当时用活的树皮甲虫进行实验时的结果是一样的。而这时的诱饵却对另一类甲虫效果全无。这说明，加入第三种化合物会对另一类甲虫的吸引反应产生一种阻碍的作用。
这些发现对于信息素研究人员来说是一个全新的发现。虽然测试混合物中相互结合的每一种成分的方法让信息素研究变得更加复杂，但同时，这种方法也帮助解释了过去所发生的一些失败的原因。在二十世纪七十年代间，一些科学家重新分析了那些在实验室进展很好，但在实践中却遭遇了失败的信息素。通常他们会发现，添加一到两种更多的化合物到单一的化合物中会显著改善实际实验的结果。
昆虫与信息素
