蝗災是如何形成的？
蝗蟲離我們並不遠，幾隻蝗蟲聚集在一起並不能稱之為災難。災害的界定往往存在一個發生面積上的閾值，只有達到相應的閾值才能稱之為災害。
現在整個東非都被沙漠蝗蟲的陰影所籠罩，現在已經影響到了七個東非國家，已經早早達到了蝗災的級別。對於埃塞爾比亞來說，這是25年來最嚴重的一次蝗災，而對於肯亞來說，這是70年來的最糟糕的一次。
東非蝗災 圖源：vatican news
蝗災氾濫之所以那麼恐怖，
一是因為蝗蟲太能吃，二是它們的數量太龐大。
一隻沙漠蝗蟲每天可以吃掉相當於自己體重的糧食，大約兩克左右。不要小看這個數字，因為蝗蟲是成群結隊的，數量龐大，一平方公里的蝗蟲一天大約能吃掉35000人的糧食。
圖片來源：bbc。co。uk
因此，瞭解蝗蟲群體是如何形成的，以及有什麼辦法可以讓這個群體分崩離析，就變得尤為重要。
那你知道
多少隻蝗蟲會使它們從無序趨於走向有序嗎？科學家告訴你3只足矣。
想要了解一個群體是如何執行的，必須得觀察它們的行為特徵。
科學家Jerome Buhl對昆蟲的集體行為頗有研究。他曾做過一個實驗，把一些蝗蟲放到了一個環形盤狀物上，觀察蝗蟲的行為路徑。
剛開始如果只放置幾隻蝗蟲，那麼它們在盤中的行徑是無序的，到處亂爬。
圖片來源：https：//youtu。be/DOAtAKTJhTY
隨著時間的推移，放置的蝗蟲數量逐漸增多，群體的行進變得越來越穩定，爬行的方向變得慢慢統一，雖然依舊有少數個體處在無序的狀態。
圖片來源：https：//youtu。be/DOAtAKTJhTY
然而隨著數量的增多，密度逐漸變大，蝗蟲的行為變得越來越有集體性，運動的方向也逐漸完全統一了起來。
根據這一現象，Louise Dyson和他的團隊於2015年提出了一個最小模型進行描述，
只需要3只蝗蟲聚集在一起就可以讓它們的行為趨向於統一。
換言之，
只要有一隻蝗蟲發現它身邊有另外兩隻蝗蟲，那麼它的行為就會和其他兩隻趨於一致。
那麼問題來了，
為什麼隨著蝗蟲數量的增多，它們的行動變得越來越統一呢？
科學家從摩門蟋蟀（
Anabrus simplex
）那得到了靈感。
不要以為這種蟋蟀是什麼善茬，它們的生活習性和蝗蟲沒什麼區別。它們也有成群結隊行進的行為，一邊行進一邊吃，種子、花朵、其它昆蟲的屍體、糞便都成為了它們的食物。摩門蟋蟀能毀掉它們所經過地方40%至50%的植物，2003年，在內華達州有將近一千二百萬畝土地被它們所侵蝕。
如果行進的過程中，這些食物吃沒了怎麼辦，它們靠什麼存活下來呢？答案是靠吃掉對方。因為它們本身就是一個“行進中的鹽和蛋白質的包裹”。
因為擔心被吃掉，所以它們的行進速度會隨著數量的增加而變快。
相食的摩門蟋蟀 圖片來源：nature
因為摩門蟋蟀和蝗蟲的行為相似，所以Jerome Buhl就開始檢驗，
相食行為是否也會影響蝗蟲的行動，讓它們從無序活動變為有序活動。
同樣的，Jerome Buhl用沙漠蝗蟲在環形圓盤中做高密度的行進實驗，只不過這次，他把其中一些蝗蟲的腹部神經給去除了。去除了腹部神經的蝗蟲，活動能力減弱，移動的速度變慢，行動效率變低。而行動效率低下的蝗蟲，在群體行進中容易暴露它們的側翼，側翼又是它們最脆弱的地方。
蝗蟲的形態結構 圖片來源：初中生物插圖
實驗發現，
側身對著蝗群的蝗蟲相比那些頭部或後腿朝向蝗群的，更容易被吃掉。
由此可見，在高密度的情況下，一
個群體中任何一隻蝗蟲如果不與鄰居保持隊形，就會暴露其脆弱的側翼，從而更容易被同類吃掉。
透過保持隊形，行動效率更高，它們就會更安全。所以你現在應該知道為什麼蝗蟲會集結，繼而造成難以估量的破壞。
在密度較低的時候，每平方米只有幾隻蝗蟲，它們可以很大程度上避開彼此，可以作為獨居生物各自四處活動，也不用擔心被吃掉。但隨著蝗蟲繁衍數量的增多，群體數量變大，在同一塊地盤上不可避免地拉近了蝗蟲間的距離。在這種情況下，
統一協作的運動是避免被吃掉的最佳選擇。
統一協作的運動過程也體現在蝗蟲生理上的變化。
因為是一種高密度的運動，蝗蟲與蝗蟲之間難免會發生觸碰，而後腿的觸碰，引起了蝗蟲血清素水平的升高。有動物實驗表明，當提高血清素在動物體內含量時，動物的互相攻擊行為明顯減少。這也是蝗蟲在群居過程中，會避免同類相食，並且行動趨於統一的原因。
血清素水平的升高也體現在外形的變化，蝗蟲體表顏色從獨居的綠色變成了群居的黃色。
它們的大腦也變得更大，腿變得更短，但耐力更強。
蝗蟲形態的變化 圖片來源：Wikipedia
除此之外，科學家還發現，一旦蝗蟲的密度降低，它們就會回到了獨居時候的模樣，彼此之間保持距離，獨自行動開來。然而，群體離散行為的閾值遠遠低於群體形成的閾值。也就是說，
蝗群形成容易，但散開則很困難。
按照國家的防蝗災防治標準，當蝗蟲發生密度高於10頭/平方米，需要採取飛機防治與地面防治相結合的方法來控制。如果上升到15頭/平方米，那就得開展應急防治，可以上飛機撒藥了。所以，千萬不要等蝗災的時候才想著消滅，在獨居的蝗蟲開始聚整合群的初始就該有所準備。
參考文獻：
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Dyson， L。， Yates， C。 A。， Buhl， J。， & McKane， A。 J。 （2015）。 Onset of collective motion in locusts is captured by a minimal model。 Physical Review E， 92（5）。 doi：10。1103/physreve。92。052708
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Buhl， J。， Sumpter， D。 J。 T。， Couzin， I。 D。， Hale， J。 J。， Despland， E。， Miller， E。 R。， & Simpson， S。 J。 （2006）。 From Disorder to Order in Marching Locusts。 Science， 312（5778）， 1402–1406。 doi：10。1126/science。1125142
農業部辦公廳關於印發《全國蝗蟲災害可持續治理規劃（2014-2020 年）》的通知
出品：科普中國
監製：中國科學院計算機網路資訊中心
