甲蟲正在摧毀美國玉米，科學家正試圖攻擊這種昆蟲的基因

儘管名字如此，但派珀市，伊利諾伊州，並沒有任何城市氣息。它是一個農場小鎮，天際線是穀物升降機，整潔的屋頂房屋網格，再遠幾條街，就是無盡的田野：玉米、大豆、玉米、大豆、玉米、玉米、玉米，完美平坦，完美方形，沒有樹木，沒有奶牛，沒有樹籬，沒有裸露的土地。2013 年 8 月下旬，一位名叫約瑟夫·斯賓塞的男子沿著一條玉米環繞的縣道從派珀市向西北行駛，直到他的 GPS 建議他完全離開道路，轉到一條礫石路。斯賓塞是一位研究農場昆蟲的昆蟲學家，他正在尋找一位名叫斯科特·懷利的農民。

在生長良好的年份，派珀市及其他地區的農作物玉米像裝配線上滾下來的小部件一樣標準化和可預測：植物的間距相同，高度相同。然而，懷利的玉米已經發展出一種個性。秸稈像鵝的脖子一樣向後扭曲。斯賓塞用手腕一甩就可以從地上拉出一根；下面曾經白色的根部被啃食成棕色，像腐爛的牙齒一樣。有些植物因自身重量而傾倒。空氣中充滿了穀粒大小的黃黑色條紋甲蟲。它們在葉子上爬行、交配、排洩和啃食玉米鬚。斯賓塞不得不閉上嘴巴以防止昆蟲進入。

這些甲蟲是西部玉米根蟲，正是它們的蠕蟲狀幼蟲啃食了懷利的玉米根部，使其遭到破壞。懷利種植了 1000 英畝土地，他告訴斯賓塞，他已經盡了一切專家建議的措施來對抗這些昆蟲。他每隔一年輪換玉米作物和大豆，以中斷根蟲的食物供應。他種植了轉基因玉米種子，這些種子會釋放一種有毒蛋白質，殺死飢餓的幼蟲。但在那天田裡，斯賓塞可以看到，這些方法——對抗這種害蟲最成功和最廣泛使用的策略——已經失敗了。“我感到背脊發涼，”斯賓塞回憶道。“我想，‘就是這樣了。最壞的情況。’”斯賓塞在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的伊利諾伊州自然歷史調查局花了大部分職業生涯研究根蟲行為。他知道，在他周圍盤旋的昆蟲不僅對懷利的作物構成威脅，而且對整個中西部玉米帶也構成威脅。

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根蟲——Diabrotica virgifera virgifera——是美國農業中最昂貴和最重要的害蟲。它被稱為“十億美元的蟲子”——但實際上，它可能每年給美國造成的損失接近 20 億美元。這種甲蟲的生命週期在玉米上度過，而玉米是美國迄今為止最大的農作物。它經常覆蓋 8000 萬英畝，有時甚至更多。該作物每年帶來 500 億美元的銷售額。農民花費數億美元購買化學品、種子和勞動力來對抗它。農業公司花費數億美元開發產品來幫助他們這樣做。

結果是一場進化軍備競賽：甲蟲破壞農民的莊稼；種子公司創造一種產品來殺死它；甲蟲進化出抵抗該產品的能力；玉米再次受到侵擾。然後，“恰好及時，白帽子好人騎馬進城，”斯賓塞說，帶著一種新的殺甲蟲武器。在過去的十年裡，首選武器是臭名昭著的轉基因玉米植物，它會產生化學物質來殺死根蟲幼蟲。但斯賓塞在懷利的田地裡看到，根蟲正在獲勝。

今天，農民和科學家將希望寄託在一種新的改良方法上——一種摻有特殊基因分子的玉米，這些分子在根蟲細胞核內起作用，以關閉關鍵基因。這項新技術應該在本十年末之前進入田間。但環保主義者擔心，基因改造可能會傷害瓢蟲等有益昆蟲。科學家和農民都知道，根蟲進化出抵抗新玉米只是時間問題。“你無法阻止抗性，”斯賓塞說。“你只能減緩它。”

行為改變

斯賓塞在伊利諾伊州自然歷史調查局的辦公室裡堆滿了玉米相關的物品：玉米主題的標誌、杯子、瓶子和他在 eBay 上買來的銀器。他的同事們在那裡稱他為“玉米男孩”，儘管斯賓塞去年十月滿 53 歲，但他確實帶有一些孩子氣，從他“丹尼斯惹麻煩”式的笑容到他對所有與玉米和根蟲相關的事物的頑皮熱情。（他辦公椅上披著一件他自己製作的 T 恤：兩隻交配的根蟲，標題是“我們喜歡觀看。”）

他的使命誕生於災難。1987 年，自然歷史調查局的一位昆蟲學家伊萊·萊文接到派珀市一家穀物升降機農藝師的電話，說他在與大豆輪作的玉米中看到了損害。科學家們認為這是不可能的。因為西部玉米根蟲只以玉米為食並在那裡產卵，所以農民可以透過每年輪換玉米和大豆田來簡單地控制甲蟲——當幼蟲在第二年春天出現在大豆中時，它們無物可食。萊文開車前往派珀市尋找另一種解釋。沒有其他解釋。“甲蟲在大豆中產卵，”他說。

這並不是根蟲第一次改變其行為。當昆蟲學家約翰·勞倫斯·勒孔特於 1868 年首次在堪薩斯州撰寫關於這種甲蟲的文章時，它是一種來自中美洲的無害咀嚼昆蟲，在西部大平原的低種群中發現。成年甲蟲在初夏從地下出現，以玉米、南瓜和草原草為食，交配，在土壤縫隙中產卵，並在第一次霜凍前死亡。在春天，卵孵化成微小的白色蛆狀幼蟲，在地下以根為食，直到可以出現。

直到 1950 年代高效的中心樞軸灌溉出現，才使得玉米的連續大規模生產成為可能，根蟲才從科羅拉多州和堪薩斯州向東蔓延，穿過已經轉化為玉米田的草原土地。到 1964 年，當甲蟲到達伊利諾伊州時，它們已經對農民用來抵禦它們的許多殺蟲劑產生了抗藥性。在萊文訪問派珀市之前的某個時候，一些突變雌性做了一些它們以前從未做過的事情：一些不安分的雌性飛入一片大豆田，發現它們的腸道可以忍受大豆葉子足夠長的時間在那裡產卵。第二年，它們的後代出現，享用了一頓玉米盛宴。這是一種極具優勢的適應。甲蟲找到了抵抗現代農藥和現代耕作方法的方法。

1996 年，在伊利諾伊州和印第安納州的種植者遭受了這些新型根蟲造成的巨大損失之後——蟲害非常嚴重，以至於芝加哥西爾斯大廈的擦窗工報告說，大量風媒甲蟲襲擊了他們的平臺——調查局聘請斯賓塞來研究根蟲令人不安的新行為。斯賓塞在洋蔥蠅方面完成了他的研究生工作，他關於這種默默無聞的昆蟲的演講最多隻吸引了幾百人。然而，當他第一次就根蟲發表演講時，有超過 1500 名農民和研究人員參加了。人群鴉雀無聲，全神貫注。“我當時想，‘哇，這是一種很酷的昆蟲。人們關心它，’”他說。

靶向殺蟲劑

隨著抗藥性甲蟲繼續從伊利諾伊州蔓延到愛荷華州、密歇根州、密蘇里州、俄亥俄州、安大略省和威斯康星州，農民們發現自己陷入困境。他們的生計依賴於健康的玉米，他們覺得自己別無選擇，只能用高濃度的有毒廣譜殺蟲劑浸泡一英畝又一英畝的種子。沒有人——農民、昆蟲學家，尤其是環境保護署——對此感到高興。

這就是為什麼，在 2003 年，當農業綜合企業巨頭孟山都公司推出一種經過基因改造的雜交玉米，可以產生一種殺死根蟲的蛋白質時，農民們蜂擁而至將其投入田間。該公司（資助了斯賓塞的一些研究）已經生產出一種雜交玉米植物，其中添加了一種來自土壤細菌蘇雲金芽孢桿菌 (Bt) 的基因，這種基因對一種叫做歐洲玉米螟的蛾子有毒。該產品被證明非常有效：斯賓塞說，現在玉米螟很少，以至於他現在的研究生從未在實驗室外見過這種蛾子。孟山都公司使用了一種不同的 Bt 菌株來改造新的抗根蟲毒素，稱為 Cry3Bb1，它與根蟲幼蟲的腸道結合，在蠕蟲的消化道內壁上形成孔洞並殺死它們。

大約五年時間裡，種植新型殺根蟲種子的農民取得了與玉米螟相同的喜人結果。但在 2009 年，愛荷華州的農民開始再次看到損害，很快就清楚地表明，一些根蟲種群已經產生了抗藥性。事實上，懷利田地裡的甲蟲被證明對輪作和至少兩種型別的 Bt 毒素都具有免疫力。斯賓塞說，它們是“周圍最壞的根蟲”。去年夏天，科學家們記錄了對第三種毒素的抗藥性；第四種毒素在田間堅持了下來，但實驗室測試表明，一些種群對該毒素的敏感性也在降低。

由於抗藥性似乎不可避免，斯賓塞正在更仔細地研究根蟲的行為，希望弄清楚哪些根蟲最有可能四處移動並傳播麻煩的特性——並非所有昆蟲都以相同的速度擴散。他說，這種知識可能有助於控制害蟲，透過幫助農業公司設計和部署“下一件最好的東西，使其與昆蟲的能力現實相符”。

去年七月一個潮溼的下午，他和一群學生助手前往“迷失 40 英畝”，這是一個位於自然歷史調查局實驗室附近的試驗田，那裡有四個黃色的 30 英尺高的腳手架聳立在田野上。斯賓塞拿起一個捕蟲網和一個裝滿小瓶和乾冰的冷卻器，將它們鉤在一個登山扣上，然後爬上一個腳手架。“我們上去吧！”他說，“去欣賞伊利諾伊州最好的景色！”三名助手前往其他三個平臺——兩個在玉米地裡，另一個高聳於縱橫交錯的燈芯絨大豆地之上。其他學生則移動到田地之間條狀地帶的地面位置。“大家開啟對講機，”斯賓塞說。他是極客探險家：蒂莉帽、卡其色頭巾、可拆卸褲子、秒錶、老花鏡、口袋裡裝著多支筆。他高高揮舞著他的網。“40 秒後，我們將開始 6:17 的採集，”他宣佈。

團隊計劃進行八個採集期，每個採集期 10 分鐘，在此期間他們將盡可能多地捕捉根蟲。透過這樣做，斯賓塞希望更好地瞭解“離開的種群和不離開的種群”——以及抵抗 Bt 玉米和輪作的甲蟲是否更可能離開它們的家園。一些根蟲是出色的長途旅行者。他說，一旦昆蟲升到腳手架下方湍流空氣層之上，“它們將走很長的路。”如果遇到雷暴的對流上升氣流，它們可以遷移到 100 英里以外的地方。斯賓塞有舊照片，顯示在一次這樣的風暴之後，數十億隻根蟲堆積在密歇根湖岸邊，厚度達兩到三英寸。

從上方看，玉米看起來像一支非常龐大的軍樂隊，戴著纓穗的帽子擁擠得難以置信——斯賓塞說，“密密麻麻的人群”。當他剛到伊利諾伊州時，他有時一分鐘能捕捉到 15 只甲蟲。“根蟲像雪花一樣飄落。”但在後 Bt 時代，甲蟲種群數量一直很低，2015 年春季的洪水淹死了地裡許多幼蟲，進一步抑制了種群數量。那個夏天，他整個季節只抓到九隻甲蟲。他計算出，考慮到勞動力和材料成本，他的實驗室每盎司根蟲花費約 89,400 美元。這比黃金價格高出 80 多倍。（現在每年春天他都會給他的學生提供一個獎品：如果他們抓到本季第一隻成年根蟲，就獎勵 10 美元金幣。然後斯賓塞吃掉這隻昆蟲。“它們一點也不美味，”他說。翅鞘會卡在他的牙齒裡。）

太陽在玉米叢林上方落下。斯賓塞在遠處看到了什麼。他穿過腳手架，身體向外傾斜越過護欄，上下揮舞著他的網。“哇呼！我抓到一隻根蟲了！”他仔細檢查了網深處的甲蟲——“我的心在狂跳！”——然後開啟冷卻器並將其速凍——“把它放進一個小瓶裡，眨眼間！太棒了。”這是當晚團隊將捕獲的九隻甲蟲之一。

第二天，他和他的團隊在實驗室裡解剖了這些昆蟲，將每一隻研磨成一小瓶“甲蟲漿”，並測試它們的腸道內容物。腳手架周圍的田地裡種植著兩種型別的玉米，每種玉米都經過基因改造，具有不同的 Bt 特性。斯賓塞將基因檢測棒——看起來像驗孕棒——浸入蟲子冰沙中，“審問甲蟲的消化系統”，以確定它們的腸道中含有哪些蛋白質，從而確定甲蟲在前 24 小時內在哪裡覓食。如果一隻昆蟲對他的田地裡不存在的特性或兩種不同的特性呈陽性反應，他就知道這隻甲蟲是“移動者”。該團隊還在玉米田內設定帳篷，用“吸蟲器”（改裝後的車間吸塵器，看起來像《捉鬼敢死隊》中的質子揹包）吸走甲蟲。如果這些甲蟲來自種植殺根蟲 Bt 玉米的田地，他就知道它們已經產生了抗藥性。

斯賓塞戴上放大“書呆子護目鏡”，並將一隻幼蟲放在顯微鏡下——它是一個微小的、摸索著的“新生兒”，長約兩到三毫米，白色，剛孵化。正是在這個生命階段，根蟲找到了玉米根，並在玉米根上造成了數十億美元的損害。“這個小東西，”他說，“是咆哮的蠕蟲。”接下來，他將六隻黃黑色成年甲蟲放在顯微鏡下；它們在透明塑膠籠子的側面上下跑動。一隻交配後的雌性甲蟲將自己安置在一個角落裡，那裡有一根玉米鬚。一瞬間，她將細絲狼吞虎嚥地吃光。她腫脹的油性腹部在進食時蠕動，泡沫蔓延到她的臉上。我敢說，這幾乎有點可愛。但她的飢餓——她為生存和繁殖而不顧一切的進化動力——絕非如此。

基因攻擊

當然，農業公司並沒有放棄馴服這種飢餓感。孟山都、杜邦先鋒、先正達和陶氏益農都銷售殺死根蟲的轉基因種子，而且它們也隨著昆蟲對其產品的抗藥性日益增強而不斷發展。2009 年，他們開始將不同的針對根蟲的 Bt 毒素組合到一種玉米植物中。這些“堆疊”產品提供了一種更有效的策略來延遲抗藥性，從不同的角度發揮作用，就像多藥“雞尾酒”療法控制人類艾滋病一樣。在懷利 2013 年糟糕的夏天之後，他轉而種植堆疊 Bt 玉米，現在他的甲蟲得到了控制。但隨著市場上四種特性中的三種失效，未來幾年可能沒有什麼可以堆疊的了。“如果你有一種已經受到損害的特性，並將其與另一種效果良好的特性結合起來，”斯賓塞說，“它在功能上就像一種單藥雞尾酒”，在沒有第二種有效特性的保護下，使良好的特性更容易產生抗藥性。農民需要新的成分新增到雞尾酒中。杜邦先鋒的研究人員最近宣佈發現了一種新的細菌基因，可以殺死根蟲，但由於將一種新的轉基因特性透過監管程式大約需要 12 年和 1.36 億美元，因此它在短期內不會提供給農民。

然而，有一種新的成分可能會更快地加入雞尾酒中。孟山都公司正在尋求監管部門批准一種玉米種子，該種子將兩種較舊的 Bt 毒素與一種稱為 RNA 干擾或 RNAi 的新技術結合起來。該技術使用靶向 RNA——普遍存在的分子，它傳遞遺傳密碼並幫助組裝蛋白質——來關閉或降低特定基因。當根蟲幼蟲吃掉玉米時，在實驗室中建立並摻入植物中的雙鏈 RNA 片段與昆蟲基因結合並干擾該基因，該基因產生對根蟲細胞內廢物儲存和處理至關重要的蛋白質。沒有這些蛋白質，昆蟲就會死亡。

RNAi 特性已獲得美國農業部和環境保護署的初步監管批准，孟山都公司希望最終的 Bt-RNAi 玉米種子能在本十年末之前獲得 EPA 的批准。如果獲得批准，這將是 RNA 干擾技術在玉米農業中的首次大規模應用。（孟山都公司目前擁有實驗用途許可，可以在戶外地塊上測試該產品。）

這是一項很有前景的技術。傳統的農藥很像燃燒彈，摧毀預定目標，例如根蟲，但在有益昆蟲、水生生物、鳥類和哺乳動物中造成巨大的附帶損害。相反，RNAi 的工作方式就像忍者，使用獨特的合成遺傳密碼序列僅消滅其預定受害者，然後消失（RNA 在環境中迅速降解）。“它是理想的農藥，”孟山都公司毒理學家斯蒂芬·萊文說。“它是特異性的。它能完成它應該做的事情。然後它就消失了。”

無論如何，這就是理論。然而，在 2012 年的一篇論文中，一箇中國研究團隊報告說，他們在食用這些植物的小鼠肝臟中發現了來自食用植物的 RNA 片段。RNA 影響了一種在人類中也發現的膽固醇調節基因。這種“跨界效應”令人驚訝，因為這些型別的 RNA 被認為無法在哺乳動物腸道的惡劣環境中存活；如果屬實，結果引發了一種可能性，即植物中的 RNAi 可能會影響人類。2013 年在一次會議上發表的一項研究發現，為殺死根蟲而建立的 RNA 也可能殺死瓢蟲，這是一種人們喜愛的有益昆蟲。同年，時任美國農業部北部中央農業研究實驗室（位於南達科他州布魯金斯）的昆蟲學家喬納森·倫德格倫發表了一篇論文，表明 RNAi 可能會以意想不到的方式影響非目標生物。他還說，美國農業部阻礙了他撰寫的另一篇關於 RNAi 和蜜蜂基因組的論文的發表。倫德格倫此後辭職並提起聯邦舉報人訴訟。“我並不反對 RNAi，”他說，“但玉米產品的潛在暴露量太大了。”

食品安全中心的瑪莎·克勞奇說，RNAi 是“新興技術的混亂”的完美例子，這種技術似乎只承諾進步，直到“當意外和有害的事情發生時的糟糕時刻”——例如臭氧空洞、致癌兒童睡衣、老鼠大小的根蟲。“存在，”倫德格倫補充說，“太多的知識空白。”

但許多科學家認為有充分的證據表明它是安全的。儘管有人努力這樣做，但其他研究人員一直無法重現齧齒動物的發現。在考慮批准孟山都公司的 RNAi 轉基因玉米植物時，EPA 專家組得出結論，“沒有令人信服的證據”表明雙鏈 RNA 以造成危害的形式被人或其他哺乳動物的腸道吸收。“它影響人類的機率是多少？基本上為零，”馬薩諸塞大學醫學院的分子生物學家克雷格·梅洛說，他於 1998 年共同發現了 RNAi，並因此發現於 2006 年獲得了諾貝爾獎。孟山都公司毒理學家帕梅拉·巴赫曼補充說，RNAi 非常具有生物體特異性。根蟲確實與其他昆蟲共享一些基因序列，包括 2013 年研究中殺死瓢蟲的基因序列。但孟山都公司的產品針對的是瓢蟲或其他在玉米田中發現的有益昆蟲不共享的序列。“序列很重要，”她說。

遏制

在派珀市郊外的大衛·馬辛的 2300 英畝農場裡，斯賓塞會見了一群玉米種植者，懷利也在其中。他們坐在一間看起來更像機庫的穀倉裡的一張桌子旁，穀倉的天花板高聳，可以容納馬辛令人印象深刻的農用機器收藏。

種植者戴著棒球帽、工作靴、T 恤。沒有人的農場少於 1000 英畝，而且所有人都獨自耕種自己的土地，只有一些家人和季節性幫助。即便如此，利潤也很微薄。當 2012 年玉米價格接近每蒲式耳 7 美元時，伊利諾伊州北部的一位玉米種植者在支付種子、肥料、燃料、租金和作物處理費用後，每英畝可以淨賺超過 300 美元。但玉米價格在 2015 年暴跌，種植者每種植一英畝土地就損失 65 美元。“你可以理解，”斯賓塞的退休同事邁克爾·格雷說，他也加入了斯賓塞在馬辛穀倉的行列，“為什麼生產者不願意冒險使用根蟲。”

就此而言，也不願意使用其他生物。在去派珀市的路上，斯賓塞指著一架作物噴粉飛機，飛機上裝載著“混合罐”的廣譜殺菌劑和擬除蟲菊酯殺蟲劑，在田野上方俯衝和傾斜。在伊利諾伊州大多數農民耕種的玉米田中，你不太可能看到蟲子。“對於一位昆蟲學家來說，走進玉米田卻看不到昆蟲，這令人感到不安，”斯賓塞說。“地面是無菌的。這就是農民想要的。”

農民想要安全保障，無論是透過轉基因種子交付，還是透過作物噴粉飛機從空中投放——即使正如斯賓塞所描述的那樣，這種“保險心態”加速了化學品和抗藥性的惡性迴圈。農民想要可預測性。曾經種植玉米、小麥、苜蓿、高粱和燕麥的種植者，現在又種植玉米和大豆，玉米和大豆。根蟲在可預測性中茁壯成長。單一栽培使一位孤獨的種植者可以輕鬆耕種 2000 英畝土地。但也使得根蟲可以輕鬆摧毀這些英畝土地。“我們創造了這種害蟲，”格雷說。“我們給了它美好的生活，”斯賓塞補充道。

在歐洲，根蟲的生活並沒有那麼美好，這種昆蟲在 1990 年代初出現在歐洲；它似乎是從芝加哥搭乘飛機前往塞爾維亞，並從那裡蔓延開來。甲蟲的跨大西洋之旅促使歐洲農民擔心美國所見的同樣程度的破壞。但歐洲的農場規模較小，其經營者種植的玉米較少，並且與更多種類的植物輪作。這種昆蟲在農民連續種植玉米的地區造成了一些損害，但總體種群數量仍然受到控制。“根蟲在歐洲不是問題，”德國哥廷根大學的研究員斯特凡·維達爾說，他幫助協調了歐盟資助的應對根蟲入侵的行動。歐洲農民得出的結論是，多樣性是最好的防禦。

在美國玉米帶，農民們感覺自己沒有這種選擇。他們規模太大，不能倒閉，被束縛在從地平線到地平線的規模經濟以及技術投資中，這些投資使他們能夠在美國高度專業化的商品市場中謀生：40 萬美元的聯合收割機、機庫大小的穀倉、農藥、轉基因種子和雙鏈 RNA。它已成為不斷升級的銀彈武庫，這些銀彈不可避免地會錯過它們不斷變化的目標。

根蟲的大腦非常小，你幾乎無法解剖它們。但進化有它自己的智慧。“這是一個我們一次又一次未能吸取的教訓，”斯賓塞說。“自然選擇永遠會獲勝。

披露：2014 年，諾德豪斯在一次環境會議上主持了由孟山都公司組織的關於蜜蜂的小組會議。孟山都公司支付了她的差旅費.