每年由于昆虫（主要是甲虫）损失的全球粮食产量高达25％。 在过去的5亿年中，甲虫已成功地传播并适应了全球各地的生活，现在占地球上每五种动物中的一种。 然而，早在古埃及，这些顽固的小虫子就入侵了粮仓，并破坏了我们的农作物，使我们感到烦恼。
结果，粮食生产和大量使用农药齐头并进。 这些农药中有很大一部分破坏了生物多样性，环境和人类健康。 随着各种农药的淘汰，需要采用新的解决方案来靶向和根除害虫，同时又不伤害人类或蜜蜂等有益昆虫。
这正是哥本哈根大学生物系的研究人员正在从事的工作。 作为在不远的将来开发更多“生态”方法与有害昆虫作斗争的广泛努力的一部分，研究人员发现了哪些激素可调节甲虫肾脏中尿液的形成。
“知道哪种激素可调节尿液的形成，从而使类似于甲虫激素的化合物的开发成为可能，这可能会导致甲虫形成过多的尿液而导致脱水而死亡，”哥本哈根大学哥本哈根系副教授肯尼斯·维兰德·哈尔伯格解释说。 生物学。 他补充说：
“虽然看上去有些恶毒，但我们没有什么新的方法来试图消灭破坏粮食生产的害虫。我们只是在试图以一种更聪明，更有针对性的方式来做到这一点，比起传统农药，它更重视周围环境。 “古埃及人使用石头削弱了甲虫的水平衡。这项新的研究以及肯尼思·维兰德·哈尔伯格（Kenneth Veland Halberg）进行的一项先前的研究表明，甲虫以与其他昆虫完全不同的方式解决了调节水和盐分平衡的任务。 昆虫生物学上的这种差异是在与某些物种作战而又不让其邻居呆下来时的一个重要细节。
“当今的杀虫剂进入并麻痹了昆虫的神经系统。这种方法的问题在于，昆虫的神经系统在物种之间非常相似。使用这些杀虫剂会导致蜜蜂和其他有益的田间昆虫死亡，并伤害其他生物。” 肯尼斯·维兰·霍尔伯格（Kenneth Veland Halberg）解释说。
精心控制的甲虫水分平衡对于生存的重要性并不是什么秘密。 实际上，古埃及人已经知道在谷物储存库中掺入鹅卵石来对抗这些害虫。 石头刮擦了甲虫外骨骼的蜡状外层，可最大程度地减少液体的蒸发。
“即使他们偶尔在鹅卵石上打碎牙齿，埃及人也不会看到划痕杀死了一些甲虫，这是由于蜡质层受损造成的液体流失所致。但是，他们缺乏我们现在拥有的生理知识， 肯尼思·韦兰·霍尔伯格（Kenneth Veland Halberg）说。
全世界使用的农药总价值达一千亿美元。农药取代了鹅卵石。 而且，它们在全球的使用价值现在每年约为1000亿美元。 但是，随着农药使用规则变得更加严格，农民与病虫害的选择越来越少。
“开发针对和消灭害虫的化合物的动机是巨大的。粮食生产严重依赖农药。仅在欧洲，据估计，不使用农药，粮食产量将下降50％。仅使用单一的，针对性更强的产品 在市场上，野生动植物和人类几乎都将获得巨大收益。”肯尼斯·维兰德·霍尔伯格（Kenneth Veland Halberg）说道。
但是，除其他外，开发对抗甲虫的新化合物需要化学家设计一种类似于甲虫激素的新分子。 同时，该化合物必须能够通过其外骨骼或以其为食而进入甲虫。
“了解甲虫中的尿液形成是为将来开发更具针对性和环境友好的害虫控制措施的重要步骤。我们目前正在与蛋白质化学专家合作，他们可以帮助我们设计人工昆虫激素。但是，仍然存在着 在任何新的害虫控制形式出现之前，还需要做大量的工作。”肯尼斯·维兰德·霍尔伯格副教授总结说。
该研究表明，甲虫与所有其他昆虫以根本不同的方式调节其肾脏功能。 这些差异可能被潜在地利用，从而在不影响其他昆虫的情况下致命地破坏了甲虫的流体平衡。
研究数据报告说，这种独特的肾脏功能大约在2.4亿年前发展起来，并且该机制在甲虫的非凡进化胜利中发挥了重要作用。
甲虫是地球上大约五分之一的已知动物物种。 尽管已经描述了40万种，但据信总共有超过一百万种甲虫。
研究人员将红粉甲虫（Tribolium castaneum）用作该研究的测试物种，因为它的基因组序列合理，可用于广泛的遗传和分子生物学工具。
研究人员通过注射一种科学家现在知道的调节甲虫尿液形成的激素来使甲虫小便。
小麦象鼻虫，面粉甲虫，科罗拉多马铃薯甲虫以及其他类型的甲虫和昆虫每年都占全球粮食供应量的25％。
在有效或有限的病虫害防治手段有限或根本不存在的发展中国家，这一问题尤为明显。
该项目是与苏格兰爱丁堡大学和加拿大麦克马斯特大学的研究人员合作进行的。
More information: Takashi Koyama et al, A unique Malpighian tubule architecture in Tribolium castaneum informs the evolutionary origins of systemic osmoregulation in beetles, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2023314118
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