互动科普

这里是美国伊利诺伊州的一座农业小镇。远处的地平线上排布着现代化的谷仓和整齐划一的房屋，而在几个街道之外，是一片一望无际的原野。这片土地被划分成若干个平整的方块，依次种植着玉米、大豆、玉米、大豆、玉米、玉米、玉米⋯⋯这里没有树木，没有耕牛，没有绿篱，也没有荒地。2013年8月底，在派珀市的西北方向，约瑟夫·斯潘塞（Joseph Spencer）正沿着这片玉米地旁的公路行走。许久之后，在GPS的指引之下，他转向了一条碎石路。斯潘塞是一位研究农业昆虫的昆虫学家，此时他正在寻找一位名叫斯科特·怀利（Scott Wyllie）的农民。

在丰收之年，派珀市周边的玉米和其他地方的一样，就像生产线上的配件一般标准：它们间距一致、高度相同。然而，怀利田里的玉米却是另一番景象，它们的茎秆像天鹅的脖子一般弯曲。斯潘塞稍一用力，就能将它们连根拔起。正常情况下呈白色的根部变成了棕褐色，留下噬咬的痕迹。一些植株无法承受自身重量，倒伏在地。在这些玉米周围，到处都是一种黑黄条纹的甲虫。它们爬上玉米叶，肆意地交配、排泄，津津有味地咀嚼着玉米须。斯潘塞必须闭紧嘴巴，防止这些昆虫飞进嘴里。

这些甲虫名为玉米根萤叶甲，也被称作西方玉米根虫（Western corn rootworm， 拉丁名为Diabrotica virgifera virgifera），它们的幼虫以玉米根部为食，严重摧毁了怀利田里的玉米。这位在此拥有1000英亩（约4平方千米）土地的农民告诉斯潘塞，为了抵抗虫害，他已经按照专家的说法逐条去做了。怀利每年交替种植玉米和大豆，以此阻断幼虫的食物供应；他播种的种子是转基因品种，能够产生毒蛋白来杀死进食的幼虫。然而此刻，斯潘塞却发现这些最成功、使用范围最广的抗虫手段在这里均以失败告终。“我感觉后背发凉，”斯潘塞回忆道，“我在想，‘最坏的结果出现了。’”斯潘塞绝大部分时间都在伊利诺伊大学香槟分校的伊利诺伊博物学调查研究所（Illinois Natural History Survey，INHS）研究玉米根萤叶甲的行为。他知道，这些环绕着他飞舞的昆虫不仅仅给怀利的玉米带来了麻烦，整个美国中西部地区的玉米都面临威胁。

玉米根萤叶甲是美国农业中最“昂贵”的害虫，它被称为“十亿美元的害虫”——事实上，它们每年给美国造成的损失高达20亿美元。这种甲虫的一生都离不开玉米。作为在美国种植范围最广的作物，玉米覆盖了8千万英亩（约32万平方千米）的土地，每年带来的收益高达500亿美元。与此同时，为了抵抗虫害，农民们需要支付数亿美元的农药、种子和劳动力费用，农业公司为这些农民研发新产品的花费也是天文数字。

于是，农田里出现了一场以演化为主题的赛跑：玉米根萤叶甲毁了农民的玉米作物；种子公司研发出新品种杀死它们；虫子在演化中获得抗性；作物又一次遭到损毁。在过去十年中，转基因武器是对抗玉米根萤叶甲最常用的手段。通过基因修饰，让玉米产生特殊的化学物质杀死幼虫。然而，在怀利的农田里，幼虫又一次跑在了前面。

现在，农民和科学家寄希望于新的转基因技术——在玉米中植入一种特殊的遗传分子，它可以关闭幼虫细胞核中的关键基因。在未来5年内，这项新技术有望投入应用。但一些环境学家担心的是，该手段在杀死玉米根萤叶甲的同时，有可能威胁到瓢虫等益虫的生存。而且，科学家和农民都相信，玉米根萤叶甲重新演化出新的抗性，也只是时间问题而已。斯潘塞说：“你无法阻止抗性的产生，只能减缓它们适应的速度。”

危害初现

斯潘塞的办公室位于INHS，这里摆满了玉米主题的用品。从马克杯到水瓶再到eBay上淘来的餐具，都少不了玉米元素。他的同事们叫他“玉米男孩”，尽管去年10月他已经53岁了。斯潘塞身上确实有一股孩子气——他会露出电影《淘气阿丹》（Dennis the Menace）中阿丹那样顽皮的微笑，也会对有关玉米和玉米根萤叶甲的一切事物报以疯狂的热情（他的办公椅上搭着一件他自己制作的T恤，上面印有两只正在交配的玉米根萤叶甲和一句“We like to watch.”的标语）。

促使斯潘塞关注这种害虫的，是发生在玉米田中的一系列灾难。1987年，INHS的昆虫学家伊莱·莱文（Eli Levine）接到派珀市的一位农学家的电话，后者声称在玉米与大豆轮作的田里，玉米也遭到了损毁。当时，科学家觉得这不可能发生，因为玉米根萤叶甲只以玉米为食，并在那里产卵，因此农民只需每年交替种植玉米和大豆，就能抑制它们的繁殖。第二年春天，幼虫周围全是大豆，它们就没有食物来源了。莱文驱车赶往派珀市去寻求另一种全新的解释。他说：“玉米根萤叶甲将卵产在大豆上。”

这已经不是玉米根萤叶甲第一次改变习性了。1868年，昆虫学家约翰·劳伦斯·勒孔特（John Lawrence LeConte）在堪萨斯州第一次对玉米根萤叶甲进行了记录。那时，它们只在美国西部大平原上少量出现，还称不上是害虫。成虫在初夏时节从土里钻出来，它们食用玉米、南瓜、牧草，交配后在土壤的裂缝中产卵，随后在第一次霜降前死亡。春天，这些卵孵化成蛆状的白色幼虫，它们以地下的根为食，直到重新钻出地面的那一天。

20世纪50年代，高效的中枢灌溉系统的出现使得玉米开始实现连续的大规模生产，科罗拉多州和堪萨斯州的玉米根萤叶甲也随着玉米种植范围的扩张，一路向东穿越了广阔的玉米地平原。1964年，当它们初次进入伊利诺伊州时，已经对多种常用的杀虫剂具备了抗性。在莱文来到派珀市之前，在一些变异的雌性玉米根萤叶甲身上，出现了一件从所未见的怪事：一些飞入大豆田的甲虫发现，它们的肠胃能长时间耐受大豆叶，因而它们可以在大豆田中产卵。到了第二年，它们的后代就能享受玉米盛宴。这是一种对玉米根萤叶甲十分有利的适应能力。它们演化出了一种不仅能够对抗现代杀虫剂，也能对抗现代农业生产方式的适应性。

1996年，这些害虫让伊利诺伊州和印第安纳州的农民遭受惨重的损失。这次虫灾甚至波及到了芝加哥西尔斯大厦的玻璃清洁工，他们抱怨说，无数随风而来的小虫子聚集在他们的工作平台上。因此，INHS请斯潘塞研究玉米根萤叶甲恼人的新习性。在研究生阶段，斯潘塞的研究对象是葱地种蝇。他以这种肉眼难以察觉的蝇类为主题做讲座时，最多只能吸引几百名听众。而当他第一次做关于玉米根萤叶甲的讲座时，就有超过1500位农民和研究者出席。演讲期间，所有人都在全神贯注地安静聆听。斯潘塞说：“我当时在想，‘哇，这个虫子太酷了，人们都在关注它。’”

对付抗性

具有抗性的玉米根萤叶甲从伊利诺伊州一路扩散至艾奥瓦州、密歇根州、俄亥俄州、威斯康星州和加拿大安大略省，农民发觉他们处于困境之中。他们以优质的玉米为生，因此，除了将种子浸泡在有毒的高浓度广谱杀虫剂中，他们别无选择。包括农民、昆虫学家和环境保护组织在内，没有人希望看到这样的结果。

因此，2003年，当农业巨头孟山都公司推出一款能产生毒蛋白杀死玉米根萤叶甲的转基因玉米时，农民们争先恐后地将这种种子播撒在地里。这家公司（资助了斯潘塞的部分研究）在此前研制的一种转基因玉米中，插入了一种土壤细菌——苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，简称BT）的基因，这样玉米植株就可以产生毒性，杀死欧洲玉米螟。该产品的效果已经得到了证实：如今，欧洲玉米螟的数量已经很少了。斯潘塞说，现在他的研究生在实验室外已经看不到它们了。利用另一种苏云金芽孢杆菌，孟山都的新玉米品种表达出一种对玉米根萤叶甲幼虫有毒性的蛋白（简称为Bt蛋白）——Cry3Bb1，可以造成消化道穿孔，进而杀死幼虫。

在随后的5年中，播种了新型抗虫种子的农民收获喜人。然而，2009年，艾奥瓦州的农民又一次看到玉米遭受虫害。很快人们发现，一些玉米根萤叶甲已经获得了抗性。对于怀利地里的玉米根萤叶甲来说，无论是玉米-大豆轮作的方式，还是至少两种Bt蛋白，都对它们不起作用了。斯潘塞说，这些是“最难对付的虫子”。去年夏天，科学家发现它们已经对第3种Bt蛋白产生了抗性。目前，第4种蛋白已经应用在田中，但实验室的结果表明，一些玉米根萤叶甲群体对这类蛋白的敏感性正在下降。

由于玉米根萤叶甲抗性的出现不可避免，并且它们的扩散程度不尽相同，斯潘塞开始了对玉米根萤叶甲更进一步的研究， 希望找出那些更容易四处扩散并产生不良性状的甲虫。他说，或许我们能够利用现有知识，帮助农业公司研发并推广“下一个符合当前害虫特性的最佳品种”，从而控制这些害虫。

在去年7月一个潮湿的下午，斯潘塞和一队学生助手出发去往Lost 40。这是一块紧邻INHS的试验田，田里立着4座高30英尺（约9米）的黄色脚手架。斯潘塞拿着一个捕虫网和一只装满了小瓶子、干冰的手提冷却箱，挂在身上的安全钩上，开始攀爬脚手架。“我们走！”他喊道，“去看伊利诺伊最好的风景！”3位助手则分别走向另外3个平台，开始攀爬。其中两处位于玉米地里，另一处则伫立在大豆地中。与此同时，其他学生走向垄沟处的采集点。“大家把对讲机打开。”斯潘塞说。他一身都是极限探险家的装备：Tilley牌户外帽、卡其色的头巾、可拆卸的登山裤、秒表、放大镜，口袋里还有几支笔。他在空中挥舞着捕虫网发号：“40秒后，我们开始收集。”

斯潘塞的团队计划以10分钟为一轮，共进行8轮收集。在这段时间里，他们会尽可能多地捕捉玉米根萤叶甲。斯潘塞希望通过这些工作更好了解哪些玉米根萤叶甲会飞离这里，而哪些不会。尤其是，那些对Bt蛋白具有抗性、能够适应玉米-大豆交替种植的玉米根萤叶甲离开这里的可能性是不是更大。一些玉米根萤叶甲是极具天赋的长途旅行者，当它们飞到大气湍流中时，斯潘塞说：“它们就可以随风飞很远的距离了。”如果在雷暴天气中被上升气流卷走，它们甚至可以在100英里（约161千米）外重新安家。斯潘塞展示了一些惊悚的旧照片，在一次暴风雨后，数十亿只玉米根萤叶甲在密歇根湖边堆了足足两三英尺高。

从高处俯瞰，玉米地就像是壮观的仪仗队方阵，一顶顶带着流苏的帽子紧挨着，拥挤得不可思议，“仿佛是一大群人。”斯潘塞这样形容。第一次来到伊利诺伊州时，有时他能在一分钟内抓到15只玉米根萤叶甲。“简直像是从天上下虫子。”在使用转基因玉米后的几年里，它们的数量明显减少了。2015年春季，一场洪水淹死了大量幼虫，进一步减少了害虫的数量。那年夏天，他只抓到9只玉米根萤叶甲。斯潘塞计算了一下，在他的实验室，在每盎司（约28克）玉米根萤叶甲上花费的人力和材料成本就高达89 400美元，比黄金价格的80倍还要高。每年春季，他都会给第一位抓到成年玉米根萤叶甲的学生奖励10枚金币。随后，斯潘塞会吃掉这些昆虫。“它们并不好吃，”他说，它们的翅膀会塞牙。

太阳逐渐落下，消失在茂密的玉米后面。斯潘塞看到有东西在视野中停留。他快速穿过脚手架，将身体伸出防护栏，上下挥舞着手中的网。“哇！我抓到了一只！”他说，“我的心脏快跳出来了！”随后，他打开冷却箱，将这只虫子速冻起来。“把它放到那个瓶子里，快点！好极了！”那天傍晚，团队一共抓到了9只玉米根萤叶甲。

第二天，斯潘塞和团队成员在实验室对这些虫子进行了细致分析，他们将每一只虫子研磨成膏状，分析肠道的内容物。脚手架旁的田地里种着两种玉米，分别转入了不同的Bt基因。通过一系列基因筛查和对比，斯潘塞得以“仔细审视玉米根萤叶甲的消化系统”，从而判断它们的肠道中有哪种蛋白、生前的24小时内在哪里用餐。如果在一只虫子体内检测出了一种与其生存区域中的玉米不相符的蛋白，或是检测出两种蛋白，就意味着这只玉米根萤叶甲是“移动者”。团队还在玉米地中搭建帐篷，把从商场买来的吸尘器改造成《捉鬼敢死队》里的质子背包那样，吸走田里的甲虫。如果这些虫子来自转基因玉米田，斯潘塞就会知道，它们已经有了抗性。

斯潘塞戴着一副具有放大功能的眼镜，将一只幼虫放在显微镜下观察。这是一只刚刚孵化出来不久的“婴儿”，它通体雪白，只有2~3毫米长。这个阶段的玉米根萤叶甲会寻找玉米的根部进食，从而造成数十亿美元的损失。他说：“这个小东西是‘愤怒的蠕虫’。”随后，他在显微镜下放了6只黑黄条纹的成虫，看着它们在透明塑料盒内上下攀爬。一只完成了交配的雌虫在一个放着玉米须的角落安顿下来。只一会功夫，就将这些玉米须吃得一点都不剩。她肿胀、油腻的下腹在进食的过程中摇晃着，吃得满嘴泡沫。不得不说，它看起来挺可爱的，但它强烈的求生和繁殖欲望一点都不可爱。

基因武器

农业公司当然没有放弃防治这些饥饿的虫子。孟山都、杜邦、先正达、陶氏益农这几家公司都在销售经过基因改造，能杀死玉米根萤叶甲幼虫的种子。随着虫子抗性的提高，这些公司也在不断改进产品。2009年，研究人员开始将不同的Bt基因一起转入玉米中，这种“叠加式”的产品提供了一种延缓抗性产生的策略。这种方法的灵感来自医学领域——以多种药物联合对抗HIV的鸡尾酒疗法。在经过了2013年那个糟糕的夏天之后，怀利开始种植这种新的转基因玉米。现在，田里的玉米根萤叶甲得到了控制。但是，当这杯“鸡尾酒”中4种毒蛋白里的3种都失效时，在此后数年内，可能再也没什么可以加入的Bt基因了。

“如果有一种毒蛋白已经被甲虫破解了，你将它与另一种效果良好的毒蛋白组合在一起，”斯潘塞说，“效果就如同单一药物的鸡尾酒疗法。”也就是说，这会使得有效的毒蛋白失去另一种毒蛋白的保护，更容易让玉米根萤叶甲产生抗性。因此，需要不断向“鸡尾酒”加入新的原料。最近，杜邦公司的研究人员声称，它们发现一种新的细菌基因可以杀死幼虫，但在获取监管部门的批准、最终造福农民之前，这项成果还需要花费12年的时间和1.36亿美元的资金投入。

不过，有一种新成分或许能够在短期内添加到“鸡尾酒”中。孟山都将一种新技术——RNA干扰（RNA interference，简称RNAi）与两种已知的Bt蛋白结合，这项技术利用靶向RNA（一种普遍存在，能传递遗传密码并协助蛋白组装的RNA）来关闭或抑制相关基因的表达。研究人员将双链RNA片段植入玉米中，当玉米根萤叶甲幼虫食用这些玉米时，双链RNA片段就会结合到幼虫身体里与废物贮存相关的基因上，然后抑制这些基因的表达，杀死幼虫。

目前，该技术已经得到了美国农业部（USDA）和美国环境保护局（EPA）的初步批准。孟山都希望，Bt-RNAi玉米的种子能在4年内得到EPA的上市批准。如获成功，它将是RNA干扰在玉米生产中的第一次大范围应用（近期，孟山都已经拿到了试验许可，可以在试验田开展测试）。

这项技术的前景十分光明。传统杀虫剂更像是燃烧弹，在摧毁玉米根萤叶甲等预期目标的同时也会殃及池鱼，对益虫、水生生物、鸟类和哺乳动物造成伤害。RNAi则不然，它更像忍者，能悄然杀死唯一的敌人，随后消失（RNA在自然界中降解很快）。孟山都的毒理学家斯蒂芬·莱文（Stephen Levine）说：“这是理想的杀虫剂，具有特异性，完全按照我们的预期行事，然后功成身退。”

然而，这或许只是一种理想情况。在2012年的一篇论文中，中国的一个研究团队报告称，在小鼠食用了某些植物后，他们在小鼠的肝脏中发现了该植物的RNA（编者注：这项研究受到科学界的广泛质疑，因为小鼠肝脏中的植物RNA可能并非来自小鼠吃下的植物，而是实验过程被外界RNA污染了）。这些RNA作用于胆固醇调控基因，而这些基因也同样存在于人体中。这种“跨界效应”令人咋舌，人们此前从未想过这些RNA会在哺乳动物恶劣的肠道环境中留存。如果该效应的确存在，随之而来的问题就是，RNAi有可能影响到人类。在2013年的一场学术会议上，有报告指出RNA在杀死玉米根萤叶甲的同时，也会杀死一种益虫——瓢虫。同年，当时任职于美国农业部北部中心农业研究实验室的昆虫学家乔纳森·伦德格伦（Jonathan Lundgren）在一篇文章中指出，RNAi可能会通过我们意想不到的方式，对非目标生物体造成影响。他还称，USDA阻止他发表另一篇关于RNAi对蜜蜂基因组影响的文章。如今，伦德格伦已经辞职并提起了联邦诉讼。他说：“我并不反对使用RNAi，但这种技术的潜在风险不容忽视。”

美国食品安全中心的玛莎·克劳奇（Martha Crouch）说，RNAi完美诠释了“新兴科技的混乱”。这类技术开始被认为只会带来进步，直到“一些意料之外的负面问题”，如臭氧层空洞、老鼠那么大的根萤叶甲的出现。伦德格伦补充道：“有太多知识是我们仍未掌握的。”

与此同时，很多科学家认为，大量证据都证明RNAi是安全的，而且前述中国研究团队的小鼠实验无法重复。因此，在评估孟山都的RNAi玉米时，EPA评审委员会总结道：“没有确凿的证据”表明人类或其他哺乳动物的肠道会吸收双链RNA，并对机体造成伤害。马萨诸塞大学医学院的克雷格·梅洛（Craig Mello）曾在1998年与安德鲁·法尔（Andrew Fire）共同发现RNAi，并因此获得了2006年的诺贝尔生理学或医学奖。他说：“人类受到影响的概率有多大？肯定是零。”孟山都的毒理学家帕梅拉·巴赫曼（Pamela Bachman）补充道，RNAi具有种属特异性。玉米根萤叶甲与其他昆虫拥有一些相同的基因序列，在2013年的研究中，玉米导致瓢虫死亡，正是因为靶向RNA瞄准的目标序列在玉米根萤叶甲和瓢虫中都存在。但在瓢虫或玉米地附近的其他益虫的基因组中，并不包含孟山都的RNAi产品的目标序列。“根本问题在于RNA序列的设计，”梅洛说。

深陷僵局

在派珀市外戴维·马斯琴（David Masching）的2300英亩（约9.3平方千米）农田中，斯潘塞会见了一批玉米种植户——怀利就在其中。他们围坐在谷仓中的桌子旁。谷仓看起来更像是一个机库，高耸的屋顶使得内部有足够空间存放马斯琴的农用机器。

种植户们戴着棒球帽，身着工作靴和T恤衫。他们所拥有的土地都在1000英亩以上，独自承担各自田间的工作，他们的家人有时也会提供一些帮助。尽管如此，他们的收入依然很微薄。2012年，玉米的价格接近每蒲式耳（容积计量单位，相当于约25.4千克玉米）7美元，伊利诺伊州北部的农民在支付了种子、肥料、机械燃料等费用后，每英亩可以净赚300多美元。但在2015年，由于玉米价格下跌，种植户们每英亩会损失65美元。斯潘塞的同事、已经退休的迈克尔·格雷（Michael Gray）在谷仓里说：“你可以理解，为什么这些生产者不敢对玉米根萤叶甲心存侥幸。”

在去派珀市的路上，斯潘塞指了指远处的一架农用飞机。这种飞机可以装载由广谱杀菌剂和拟除虫菊酯杀虫剂组成的“混合武器”，在田地上方进行作业。在大多数伊利诺伊农民劳作的田地里，你很难看见害虫。“对昆虫学家来说，走在田间却看不到一只昆虫实在令人不安，”斯潘塞说，“但这是农民想要的结果。”

农民只希望收成得到保障，而不会在意是通过种植转基因种子还是空中喷洒杀虫剂实现的，即使喷洒杀虫剂这种保险心态加速了抗性与化学药物之间的竞赛。农民更倾向于可以预测的种植方式，因此，尽管他们曾经依次交替种植了玉米、小麦、苜蓿、高粱、燕麦，现在却只是在轮作玉米和大豆。这种可预见性也让玉米根萤叶甲获益。单一种植让玉米的栽培面积轻易达到2000英亩（约8平方千米），但也让这些害虫更容易摧毁这片作物。格雷说：“我们创造了这些害虫。” 斯潘塞补充道： “是我们给了它们美妙的生活。”

玉米根萤叶甲在欧洲的生活就没那么滋润了。上世纪90年代初，它们或许搭乘了从芝加哥飞往塞尔维亚的航班，第一次踏上欧洲的土地。随着它们在欧洲的扩散，当地农民开始担心，这些害虫会不会造成在美国那样的破坏。但是，欧洲的农场面积较小，农场主种植的玉米数量不及美国，而且交替种植的作物种类也更多。在始终种植玉米的田地里，玉米根萤叶甲造成的损失依然很严重。但总体而言，它们在欧洲是可控的。德国哥廷根大学的斯特凡·维达尔（Stefan Vidal）曾经协调了欧盟资助的响应玉米根萤叶甲入侵项目，他说：“玉米根萤叶甲在欧洲不是问题。”欧洲农业的多样性，就是最好的防御措施。

而在美国的玉米种植带，农民却无法作出同样的选择。他们的土地面积太大，承受不起失败的风险；同时，他们也受制于更大的经济规模，以及能够让他们在高度专一化的商品市场占有一席之地的技术投资，包括价值40万美元的联合收割机、飞机仓库大小的谷仓、杀虫剂、转基因种子和双链RNA。那些都是大型兵工厂的致命武器，却不可避免地错失不断变换的目标。

玉米根萤叶甲的脑小到我们无法对其进行解剖，但是演化自身拥有“智慧”。“这是一门我们不断进修，却始终无法掌握的课程，”斯潘塞说，“自然选择总是最后的胜利者。”