哺乳动物以其种种生存优势，遍布全球，而人类更以超卓的智能当之无愧地成为今日地球的主宰。不过，在生物学家眼中，肉眼可见的最成功生物种类很可能不是哺乳动物，而是无处不在的小小昆虫。昆虫约起源于xx亿年，是第一个占据天空的物种，在这个全新的生态位置，其物种数量经历了多次爆发性增长，达到让其它种类生物望尘莫及的数百万种之多。
昆虫食性甚杂，但多种昆虫以植物为食，在亿万年的生存竞争中，植物通过生物毒素的合成获得了一些防御昆虫的手段。而自农业兴起，先民们对各种可食用植物持续不断的驯化，降低其体内的毒素，以使其口感更佳，并设法提高产量。驯化后的植物，理所当然地成为多种昆虫的佳肴，人虫争食势所难免。当然，昆虫本身同样是人类驯化的对象，比如蜜蜂和蚕，这两种昆虫给人类带来了最幸福的”蜜”和让世人倾倒至今的丝绸。而人类与昆虫间的恩怨是非伴随着文明的进程，直到22世纪的今天。
DDT——功过是非
数千年来，人类与昆虫间的战争，只能用屡败屡战来聊以自慰。昆虫不仅是农业的麻烦，一些昆虫更直接危害人类的健康和生命。据统计，累计死亡人数最多的疾病，不是1917西班牙流感（据认为它导致全球1亿至五千万人的死亡），不是中世纪横扫欧洲的黑死病也不是天花，而是疟疾（雌疟蚊传播）。直到今天，全球每年仍有上百万人死于疟疾，其中多数在非洲。而仅蚊虫传播的疾病就多达39种，因此，找到有效的杀灭昆虫的办法，就可以获得诺贝尔奖，是公开的秘密。
1847年，德国化学家蔡德勒，出于对有机合成的兴趣，在实验室首次合成出，如今大名鼎鼎兼臭名昭著的DDT。此后DDT如睡美人般，在灰尘遍布的文献中沉睡90余年，等待着瑞士化学家保罗?米勒的到来。1939年，米勒发现DDT的杀虫能力，旋即被瑞士嘉基公司开发为杀虫剂。而随后的研究更发现DDT具备六大“优点”。对害虫毒性高、对温血动物及植物“无害”、无刺激性及气味较淡、能广泛施用、化学性质稳定而残效期长、容易大量生产而廉价。在当时看来，DDT是杀灭昆虫，几近完美的武器。而自问世以来，DDT不负所托，大发神威，农业增产显著。并成功阻击1944年，发生在那不勒思盟军部队中的斑疹伤寒（跳蚤传播）的早期流行，避免了一场大悲剧的诞生。要知道，一战时斑疹伤寒传染四千万人，导致500万人陨命。战后，DDT的丰功伟绩使其功能发现者米勒当之无愧的获得1948年的诺贝尔生理和医学奖。当时的人们对DDT的推崇，从颁奖大会上，瑞典科学家G?费希尔的言辞中“……出人意料地、戏剧性地突发转机，DDT成为力挽狂澜的角色。”可见一斑。与此同时，美国等发达国家开始大规模使用DDT防治多种危害农业、林业等生产的昆虫。
然而，人们对DDT毒性的研究并不充分，对其“安全性”的盲目信任，导致对DDT不加控制的滥用。研究生态环境的生物学家，率先开始注意到DDT对多种生物的毒性，尤其是以昆虫为食的鸟类是滥用DDT，首先被波及的无辜受害者。生物学家们开始在专业文献中呼吁对DDT应采用慎重态度，然而农药公司对此却刻意忽视。然而正如林肯的名言所说，“你可以欺骗所有人于一时，却不能欺骗所有人于永远”，1962年，如春天里的一声霹雳惊雷，海洋生物学家蕾切尔?卡逊推出《寂静的春天》一书，DDT的地位就此一落千丈。在书中，卡逊直接指斥所谓有机农药类的杀虫剂，不如改名为“杀生剂”。而后期的研究，更进一步证实DDT对生态环境的巨大破坏能力，以及对人类健康的种种令人担忧的毒性作用，如对免疫、神经、生殖和内分泌系统的毒性以及潜在的致癌能力。而它曾经被当作优点的稳定化学性质，如今却成为其饱受诟病的致命缺点。现在人们对DDT的危害的了解已相当充分，然而六十余年来，DDT与农业及人类健康的关系纠缠日深，要想将它从人类文明中彻底驱除，是件十分棘手的事。虽然，DDT在2004年5月17日，正式被列入国际“禁用化学药物黑名单”。但要让DDT彻底退出历史舞台，只有在确保人类的健康和粮食产量，不会因为停止使用DDT而受到危害，才能真正成为现实。目前，全球两个人口大国，中国和印度是世界上唯一继续生产DDT的国家，要在我国废除DDT，依然是件任重道远的事。
退一步说，即便DDT被禁用，我们仍然需要面对自DDT后，被发明并广泛使用的数百种有机农药。但是，昆虫作为最成功的生物种类之一，其物种生命力的坚韧常常超乎人类想象，它所具有的强大繁殖能力以及在农药的选择下日渐增长的抗性，大有将胜负天平扭转的迹象。事实上，WHO曾经试图利用DDT消灭蚊虫，一劳永逸的解决疟疾问题的美好愿望，就因蚊虫的抗性迅速增长，于上世纪60年代宣告破灭。而人类是继续发明毒性更强的有机农药，最终把我们自己和问题一起解决——或者仅仅解决掉的我们自己——还是另辟蹊径，是现代人必须面对的问题。
Bt生物防治——希望之路
在DDT发明以前，人们曾有意无意中探索过生物防治昆虫的各类方案。早在1874年，巴斯德利用Pedbrine(一种微孢子病原)杀灭葡萄根瘤蚜，挽救了法国的葡萄园，并率先明确提出生物防治昆虫的思想。或许法国继承了巴斯德的思想遗产，1938年，法国率先利用Bt（苏云金芽孢杆菌）开发了世界上第一个商品制剂——Sporeine，用以防治地中海粉螟，由此拉开了生物杀虫剂的序幕。
Bt的发现，源于其能够导致家蚕染病，严重者死亡十分迅速，称为猝倒病。 1901年，日本科学家石渡从染病的家蚕中首度将Bt分离，但该发现未获得国际关注。1911年德国科学家伯利纳在德国苏云金省，从染病的地中海粉螟中再次分离出该菌，并且发现该菌在形成孢子时会产生伴胞晶体。1915年该菌被正式定名为苏云金芽孢杆菌（Bt），属真细菌目，芽孢杆菌科，芽孢杆菌属。但该菌种一度失传。直到1927年Mattes再次从地中海粉螟中分离出类似的杆菌，并沿用了苏云金芽孢杆菌名称。
自Bt问世以来，它对昆虫的毒性就倍受关注，其间虽然DDT为代表的有机农药的异军突起，使得Bt不为多数大众所知，但有关Bt的研究，一直未有间断，而相关商业化产品也陆陆续续不断推出。如1958年，美国的第一个Bt商品Thuricide投入市场，并于1960年获得FDA正式批准，允许在20多种作物上防治23种害虫。而我国也在1965年，推出了自己的Bt产品“青虫菌”。
Bt对昆虫的毒性，主要源于其生命周期中产生的多种毒素，对Bt的各亚种的分析，迄今人们已经找到7种毒素。而最重要的则是，1956年Angus发现的伴孢晶体——δ-内毒素，在媒体中通常将其直接称为Bt毒素。Bt毒素是一种蛋白质，其作用的具体机制，是目前研究的热门领域。概括而言，Bt毒素本身并无毒性，只有当昆虫摄入该毒素，在其中肠的碱性环境下，毒素溶解并被蛋白酶水解为一系列的片断，其中某些片断（毒性肽）可以和昆虫肠道细胞膜上的相应受体特异结合，在数分钟内使肠道麻痹，并导致肠道内膜破坏，杆菌的营养细胞就可穿透肠道底膜进入昆虫血淋巴，最后昆虫因饥饿和败血症而死。而毒性肽与特异受体的结合，既是其毒性的根源也是Bt对昆虫具有选择性的原因。最初发现的Bt亚种主要针对的是鳞翅目昆虫幼虫，而要让Bt发挥更大的能力，就需要找到能有效杀灭其它种类昆虫的新亚种。但多年来，科学家们认为Bt依赖昆虫生存的想法，使得发现新亚种的工作十分艰难。
谁也没想到，寻找新亚种的转折点竟来源于WHO。自上世纪60年代末，伐蚊战役失败后，WHO开始着手在世界各国分离可杀蚊类的微生物。1977年，美国加州大学德堡博士，从以色列的一处污水塘泥中分离出一种株新菌株，能快速杀死多种蚊子的幼虫。1978年，该菌株经法国巴扎克的鉴定，发现是Bt的一个新亚种，并命名为B.t.i.H14。这是迄今为止，所发现的唯一对蚊幼虫具有显著活性的Bt菌株。同时这个发现，打开了Bt新亚种的大门。1987年马丁等发现醋酸钠可促进细菌的孢子萌发，但Bt的孢子例外。这就意味着可以先杀死土壤中的活菌，然后利用醋酸钠诱杀其它细菌的孢子，这样就轻松的将Bt的孢子从土壤中分离出来。利用此方法，短短两年内，微生物学家们就找到了72个新菌种，而此前的85年时间才发现24个菌种。今天，人们发现Bt广泛存在于土壤、昆虫、贮藏物、仓库尘埃和植被的叶面上。而在研究Bt的微生物学家甚至流传着这样一种说法，“或许新的明星Bt亚种，就在你车胎所粘附的泥土中呢”，足见其分布之广。而我国科学家立足本国资源，也发现了6种新的Bt亚种。伴随着Bt亚种数量的迅速增加，其总的杀虫谱也大大扩展，除最初的鳞翅目以外，Bt对双翅目、鞘翅目、膜翅目、同翅目和直翅目昆虫均有杀虫活性，同时对螨类、线虫等也显示出初步的杀虫活性。不过，目前商业化生产的菌株主要针对的是鳞翅目、鞘翅目和双翅目昆虫。
早期开发的Bt产品，其残效性差易被雨水冲刷而失效，防紫外线能力差，对昆虫而言口感不佳，使其难以摄入足以致死的剂量等缺陷。如今通过使用淀粉、糖浆等粘附剂增强其残效性，使用紫外线吸收成分延长其在阳光照射下的生存能力，以及加入麦细菌改善Bt的口味等措施，已大幅度提高了Bt制剂的杀虫性能，是目前生态农业，无公害蔬菜种植的首选“生物农药”。
Bt转基因植物 —— 星火燎原
吃苹果时，比发现有一条胖乎乎的虫在里面更让人反胃的是，那又白又胖的虫只剩下了半条。虽然多位营养学家大力推荐昆虫幼虫的营养价值，但不知何时大家才能普遍接受。果实里面的幼虫不仅让人反胃，而且损害收成。除果实以外，多种昆虫幼虫喜欢呆在植物的根和茎里面安全的取食，而一旦它们成功进入植物内部，无论是天敌还是喷洒的各种农药都难以对它们构成实质性威胁。
很显然，要有效对付那些深入植物内部的昆虫，最直接的方案莫过于让植物自己生产Bt毒蛋白。然而，天然植物中没有Bt毒蛋白基因，这就意味着任何传统的育种方式都没有能力让植物拥有该基因。在卡逊所生存的那个年代，分子生物学家们还不具备在物种间精确转移基因的能力。所以《寂静的春天》中虽然谈到很多利用当时的先进生物技术，替代DDT的方案，其中包括Bt的使用，放射性方法让昆虫绝育等，但作者显然无法预见转基因技术的出现。然而我不认为如今被推崇备至的环保先驱——卡逊女士会从原则上反对利用转基因技术，让植物获得Bt毒蛋白，以代替各种剧毒的有机农药“杀生剂”。
转基因技术依赖于限制性核酸内切酶的出现，这个分子水平的手术刀，配合上其它多种核酸相关酶类，可以让生物学家们精确构造新的DNA分子。1981年，通过显微注射的方法将大鼠生长激素基因注射入小鼠的受精卵，人类第一次得到了转基因动物。然而操作受精卵或者胚胎干细胞都很麻烦，失败的概率极高，直到今日人们还没有找到大幅度提高成功率的方法。但转基因植物则不然，许多植物都能在实验室中，利用组织培养的方法，从单个细胞发育成一颗完整的植株。而多年来对植物根瘤病的研究，给转基因植物技术，提供了一个绝妙的基因转移工具。
1907年，美国农业部的史密斯和汤森两位农学家，发现植物根瘤病是土壤中的农杆菌侵袭植物所致，尤其是植物的幼苗易受侵犯，所以瘤的发生部位多在靠近根茎的位置。1947年，布朗恩仔细的分离和培养了根瘤细胞，发现其性质类似于肿瘤细胞。在DNA双螺旋结构还未问世的当时，布朗恩只能猜测农杆菌将某种瘤诱导因子注入了植物细胞，使之转变为肿瘤细胞。1974年，歇尔和蒙塔古发现布朗恩所猜测的瘤诱导因子，是农杆菌的一个质粒（Ti质粒）。1977年，华盛顿大学的微生物学家内斯特等证实了当农杆菌侵袭植物细胞时，Ti质粒可以将自身的一个片段转移到植物细胞的染色体中，诱使植物细胞癌变，而Ti质粒上能发生转移的DNA片段，通常被称为T DNA。在基因工程已经不再是一个梦想的时代，Ti质粒在农作物育种上的巨大应用价值立刻引起了广泛关注。1983年，植物分子学家们通过改造Ti质粒，培育出了第一个转基因植物。而Bt毒蛋白基因的克隆，在1981年已由华盛顿大学的怀特利和史奈夫两位科学家完成。在拥有了Bt毒蛋白基因和合适的运载工具Ti质粒后，将其转入植物中似乎已经是万事俱备，只欠选择什么样的植物了。
1987年，三组科学家不约而同的选择了棉花作为第一个引入Bt基因的植物。这是因为，棉花是一种重要的经济作物，其收成深受棉铃虫的困扰。棉铃虫幼虫会以棉蕾中的棉花纤维和种子为食，受到损害的棉蕾最终会枯萎、脱落。一只幼虫可损害十多个棉蕾，棉花的收成多年来深受棉铃虫侵袭的困扰。因此，防治棉铃虫的传统手段非常麻烦，需时刻监测，多种农药轮换喷洒，还需注意压制棉铃虫的时候，不要把蚜虫给扶助起来，同时及时将被侵袭的棉蕾摘取集中后销毁等等，种种手段让人眼花缭乱，不能稍有懈怠。显然，在棉花中引入Bt基因，一者可以大幅度减少种植者的工作量，二者通过减少剧毒农药的使用量而将其对环境的恶劣影响大幅度降低。
然而实验结果让人大失所望，转入了Bt基因的棉花并没有对棉铃虫和蚜虫表现出抵抗能力。后续研究发现，虽然棉花拥有了Bt基因但并没有获得足够的Bt毒蛋白。这是因为细菌喜欢使用的密码子与植物的不同，这导致基因转录后翻译的障碍。经过三年的努力，科学家们在不改变Bt毒蛋白氨基酸顺序的原则上，改造了Bt基因的写法，使之更适合于植物的翻译系统。1990年，遗传工程设计出的Bt棉花终于拥有了足够的用于抵抗棉铃虫和蚜虫的Bt毒素，这一成果堪称植物遗传工程学发展史上的重大里程碑。1996年，Bt棉花种子上市销售。而我国科学家从1991年开始进行棉花抗虫基因的构建工作，1992年成功得到Bt抗虫棉，是美国之后第二个独立构建，并拥有自主知识产权抗虫基因的国家，但是我国的Bt抗虫棉品种，在市场竞争的能力上尚有所欠缺，我国棉农所种植的Bt转基因棉花多数还是美国品种。
结语
人类与昆虫间的角力，在可以预见的将来还会持续下去。然而，危害人类健康与农业的昆虫种类与昆虫这个大类的物种数量相比是微不足道的，很多昆虫还是小学生课本上常说的“益虫”。笔者深信，人类与自然的和谐相处，首要在于将人类与昆虫间的对抗，进行更加精确的控制，避免滥伤无辜。生物防治的思想与Bt基因的利用，已经透露出和谐相处的一线曙光。当然，如同没有完美的人一样，这世上也没有完美的事。发现Bt并不意味着一劳永逸的解决了问题，昆虫对Bt毒蛋白的抗性已经开始出现，怎样充分利用现有的Bt亚种资源，以及发现新的Bt亚种或者其它微生物和病毒，还需继续努力。
虽然转基因植物已经在多个国家推广种植，但关于转基因技术目前仍有颇多争议和疑虑，在经过类似于DDT事件后，人们更多的开始考虑到人类认识的缺陷。对于度过了哲学和科学幼年期的人类而言，试图彻底改造和控制自然的理想主义和雄心壮志已经悄然消退。但是，不能忘记以智慧和新技术求生存是我们这个物种的生物秉性，回顾八百万年来的人类进化史，大多数时候我们干得不错，甚至可说极其成功，似也不必过于妄自菲薄。
（本文转载自健康中国人网）
