化学生态学

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第260页（3191字）

化学生态学的历史渊源可追溯到公元前希腊的提奥夫拉斯图斯(Theophrastus)发现藜对苜蓿的抑制作用和中国秦汉时期的名着《神农本草经》。

李时珍的《本草纲目》收载了1892种药物对人体的医疗和毒理作用，并指出生产地不同生理作用也不同。1832年，瑞士德坎多尔(DeCandolle)提出作物的土壤病是由自身的渗出物引起，轮作制可使之缓解。

法国昆虫学家法布尔(J．H．Fabre)在1879年报道了雌性天蚕蛾能引诱几公里以外的放飞雄蛾，但又称引诱剂是弥漫在大气中的粒子和以太波。荷兰费尔沙非特(Verschaffelt)在1910年指出菜粉蝶幼虫喜食十字科叶子是因含芥子油苷。

德国布腾南特(A．Butenandt)从1939年开始用数千头雌性家蚕蛾做试验，希望能确定引诱雄蛾所用的化学成分，最后增加到25万头，直到1959年，由于色谱分离方法的发展以及他本人对生理活性测试方法的多年摸索才鉴定了第1个性信息素蚕醇的化学结构。化学生态学的真正发展是在现代微量化学分析方法和生测技术的出现之后。

1969年，芬兰黑格努尔(R．Hegnauer)首先使用生态化学的术语。1970年，以化学生态学为名的第1本专着出版，1975年，国际性期刊《化学生态学学报》(J．Chem．Ecol．)问世。1977年，英国哈博恩(B．J．Harborne)的《生态生物化学入门》出版，又在1986和1989年发表两篇各有3万多字的综述。到目前为止，化学生态学尚处在初级发展阶段，主要鉴定了大量的生态物质；对其作用的阐明，大多仅限于个体水平。琼斯(C．G．Jones)在1988年呼吁《化学生态学学报》的论文应增加生态学的比重，其实这是学科发展阶段的真实写照。现阶段实际上只能算是生态化学，但应朝化学生态学的方向努力。

在物种对象方面，以昆虫和植物的研究居多。依斯曼(M．B．Isman，1989)对化学生态学文献作了抽样调查，约有70%涉及昆虫，并指出其原因是昆虫在适应环境的进化过程中对天然物质的利用可称得上冠军，其方式的多种多样也居生物之最。

在一个生态系统中，从生物体种内和种间的通信交往、侵犯和防卫、种群动态、群落组织，直到生态系统的结构和功能，时时处处都有化学物质在起作用。这种化学物质称为生态物质(ecomone)，其中研究较多的传递信息的信号化合物(semiochemical)，又有种内种间之分，种内称信息素(pheromone)，种间有利己素(allomone)和利他素(kairomone)。

信号化合物的名称先由昆虫学界提出，现已扩展到整个动物界，在微生物界也有使用。植物界的化学通信还很少发现，报道过树木受虫害后会向邻树报警，但未鉴定出化学成分。

至于他感作用(allelophathy)是否属于信息传递，尚未见评述，但属于化学生态学范畴是毋庸置疑的。

生物间相互作用的结果可分为3种类型：一方受益，另方受损；一方受益，另方无损；双方均受益。

昆虫以植物为食，骤然看似乎属第一类，但因植物对外来因素有感应能力，可用本身的生长、代谢等过程进行调节，将受损部分修补，甚至引起与自己种群的繁荣发展有关的适应变化，从而出现二三类关系。化学生态学的任务就是要研究这些相互作用的化学媒介，即生态物质的结构、作用机制、化学合成方法和生物合成途径，直到生态物质对生物的生理和行为的影响以及对生态系统的结构和功能的影响。经过最近20多年的努力，已能从周围大气中捕集生态活性物质的试样；从一头昆虫鉴定其信息素成分的技术，提供了阐明个体差异的可能；在电生理检测方面，已能分辨出接收某种化学成分的专用细胞。

生态物质多种多样，其作用方式千变万化，生态物质的鉴定方法已趋成熟，每年都有大量新物质或已知物质新功能的报道。

有许多生态物质是早先被认作无关紧要的次生代谢物，后来才发现生物界对化学物质的利用很节约，一物多用的例子屡见不鲜。蝶类把吡咯啉嗪(pyrrolizine)生物碱兼作信息素和防卫物两种用途。

更有趣的是有一种蜘蛛不会织网，却能散发多种昆虫的信息素把它们诱来作为食物而被称为“化学骗子”。

其实蜘蛛没有这样高的思维，只是进化中的巧合而已。

另一方面，自身合成生态物质的例子也并非罕见。伞形科植物的防卫物可以因昆虫的适应而从简单的羟基香豆素经线稠呋喃并香豆素而进化到角稠结构。这和人类因害虫产生抗性而研制新农药有异曲同工之妙。在生物共同进化过程中，这种“道高一尺魔高一丈”式的化学武器竞赛的例子还可以举出很多。除了“武器竞赛”，还有“兵法策略”。绿桤木的防卫物集中在嫩芽和雄蕊柔荑花序中，而在可牺牲的节间组织中含量少，以求“舍车保帅”；有一种落叶树，各片叶子的毒物含量有很大差异，迫使昆虫要逐片品味，导致被天敌捕食机率的增加。化学生态学在80年代的一大进展是对丹宁的认识。原来只知道植物丹宁能和蛋白络合而对动物有害，现在发现不同丹宁对不同蛋白的亲合力不同，缩合丹宁对动物的危害最大，但动物有多种对付方法。

哺乳动物接受丹宁后能在腮腺合成亲合力特强的富脯氨酸蛋白而把丹宁清除。有些昆虫靠肠中的表面活性剂削弱丹宁和蛋白的络合。

化学生态学的研究方向除了继续从生物个体鉴定各种生态物质外，要增加生态学的成分，即研究生态物质在群落和生态系统范围内的作用。

化学生态学的应用前景极佳，特别对生态合理农药的研制以及其他仿生技术的发展将作出极有利的贡献。

。【参考文献】：

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8 周昌弘，等编．国际植物化学生态学研讨会论文集，中央研究院植物研究所专刊第九号，台北1989，504

9 Insect chemical ecology，a multi-author review．Experientia 1989，(3)∶213

(江苏省激素研究所华湘翰副研究员撰)