昆虫学：在微小的生命里照见宏大的自然法则 | 我和我的学科

开学季、秋招季即将开启。新生开始踏上专业学习之旅；准毕业生（从本科生到硕博士研究生）则通过投递简历向招聘者介绍所修专业。

什么是专业，或者说一门学科是什么？这是今年6月20日，我们在第一期“我和我的学科”专题中提出的问题。我们可以说，每一门学科都提供了帮助人求职生活的专业知识、技能，也可以说每一门学科其实都是在提供一种看世界的方法。

现在，我们再续“我和我的学科”的故事，请新闻传播学、法学、流体力学、昆虫学等传统基础学科，以及机器人工程等新兴交叉学科的高校教师，以第一人称讲述。既谈这个学科是什么，也谈自己作为一个个体与学科的关系，当然也包括他们在教学中产生的对于本学科过去与未来的思考。

本篇为高峰 谈昆虫学。

在社会上，很多人并不知道我们生活中随处可见的昆虫竟然是一门学科。每次我出去讲座，不管是中小学生，还是学生的家长，都透露出一种不可思议的眼神。就是这个眼神，让我不由自主地，想要抓紧一切可利用的机会向大家广而告之，昆虫不仅好看、好玩，还特别有用，在人类的衣食住行等方面都有着昆虫的贡献。而昆虫学，则是一门学科，还是国家级重点学科。

本文内容出自新京报·书评周刊8月29日专题《我和我的学科》B10-11版。

“我和我的学科”专题已推送文章：

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（8）（9）法学这条正义之路有无数人跟你同行

撰文丨高峰

高峰，中国农业大学副教授、博士研究生导师，《植物保护学报》常务副主编、编辑部主任，“人呆手户”创始人，中国高校科技期刊研究会科学普及工作委员会副主任，中国农业大学昆虫博物馆常务副馆长。研究方向为昆虫生态学等。

与一只蝴蝶的邂逅

对于昆虫学，我是在一个机缘巧合的契机选择了这个专业。

大约是初中一年级的一个夏天午后，因为一个好朋友转学的消息，我独自坐在院子里的石凳上默默出神伤心。突然有一只蝴蝶猝不及防地落在了我的袖子上，这个突如其来的意外访客着实让我吃了一惊，按捺住不安和惊喜，我屏住呼吸，生怕我的呼吸惊到这只小精灵。我盯着它看，它只是慵懒地张了张翅膀，并没有飞走，就在我的袖子上踱了几步。我不由得仔细观察起来：这只蝴蝶翅黄色，边缘有细微的波浪纹，腹部藏着六条纤细的腿，一双大眼睛还有白色的边缘，好看极了，一对触角上下抖动，细细长长。看得入神了，不觉伸出来手想要摸它，结果它一振翅，忽地飞走了。正在懊恼之际，谁知它又飞回来，这次竟然直接落到我伸出的手指上，不偏不倚，让我内心欢雀不已。那一刻，忽然就顿悟了，人的一生很漫长，朋友的缘分就像是这美丽的邂逅，都将会是人生中美好的过往，那一刻，我感觉这只蝴蝶就像一位智者，引导我成长，教我顿悟。

这个美丽的邂逅，像一颗种子，在我心里悄悄埋下。我高考时那个年代，获取专业信息不像现在这么便捷，多数都是来源于身边亲朋好友的认知和经验。我记得高考完填报志愿，正在斟酌踌躇时，旁边一位老师的一句玩笑“植物保护专业下面有昆虫系，就是研究蝴蝶蜻蜓啊，可好玩了”。当“蝴蝶”这两个字飘入耳帘，心里的那颗种子像是破土而出，那只停留在指尖的蝴蝶仿佛又出现在眼前，指引着我，我毫不犹豫地在第一志愿栏里填下了植物保护这个专业（昆虫学是植物保护一级专业下面的二级专业）。

走进昆虫学的世界

真正走进昆虫学的世界，才发现它远比我想象的要广阔和深邃。昆虫学，简单来说，是研究昆虫的形态、生理、生态、分类、行为、进化以及与人类关系的科学。但这简单的定义背后，是一个无比复杂的世界。

记得大三上学期的普通昆虫学课，老师带我们观察蝗虫的口器。当我用解剖针小心翼翼地拨开蝗虫的上唇，看到那对强有力的锥状坚硬的结构时，老师说：“别小看这个口器，它可是蝗虫能啃食庄稼的秘密武器。而且，不同昆虫的口器形态差异很大，蝴蝶的虹吸式口器适合吸食花蜜，蚊子的刺吸式口器能刺破皮肤吸血，苍蝇的舐吸式口器则像个小吸盘。昆虫就是因为有不同功能的口器，从而在食性和取食方式上产生分化，占据不同的生态位，这也是昆虫能够在地球上繁盛的原因之一。”你看，昆虫的每一个器官，都是千万年自然进化的结果，都藏着生存的智慧。

随着学习的深入，我接触到了昆虫学的更多分支。1962年卡尔逊的《寂静的春天》让人们对由化学农药引起的环境污染和食物安全等一系列问题审视和反思，认识到昆虫生态学研究的重要性。昆虫在生态系统中扮演着至关重要的角色。蜜蜂等传粉昆虫是植物繁殖的“红娘”，据统计，全球约75%的农作物依赖昆虫传粉，如果没有它们，人类的餐桌将会变得十分单调。寄生蜂是自然界害虫的天敌，它们能精准地将卵产在害虫的体内，从而控制害虫的数量，减少农作物的损失。而腐食性昆虫，如蜣螂、埋葬虫等，则是大自然的“清洁工”，它们能分解动植物的尸体，将有机物转化为无机物，为土壤提供养分。

动画片《昆虫总动员》（2013）剧照。

昆虫行为学更是让我着迷。蜜蜂的“舞蹈语言”是自然界的一大奇迹。当一只工蜂发现蜜源后，会回到蜂巢，通过跳“8”字舞来告诉同伴蜜源的方向和距离。舞蹈的角度表示蜜源相对于太阳的位置，舞蹈的持续时间则表示蜜源的距离。这种精准的通讯方式，让蜜蜂群体能够高效地获取食物资源。号称“昆虫界第一杀手”的螳螂更是令人着迷，它们能够通过广阔的视野、发达的神经系统以及“镰刀”状的捕捉足，在0.05秒内捕捉猎物，堪比闪电出击。同时通过学习，我也明白了童年时看到的《黑猫警长》中螳螂新娘为何会在新婚之夜吃掉螳螂新郎的原因，就是荣升妈妈身份后，雌性螳螂需要在第一时间内补充营养，但是这样的现象在自然界中并不常见。

昆虫学不仅让我认识了各种各样的昆虫，更让我学会了用科学的眼光看待世界，比如，以前看到路边的蚂蚁搬家，我只会觉得它们很勤劳；学习完之后我会思考，它们是如何分工合作的，如何传递信息的，它们的巢穴结构是怎样的。以前看到蝴蝶在花丛中飞舞，我只会觉得它们很漂亮；学习完之后我会观察它们的翅结构，思考它们是如何适应飞行的，它们的传粉行为对植物有什么影响。类似的思考使得我对昆虫的研究也就越来越感兴趣。蚜虫是我国常见的一类害虫，在多种植物上都能看到他们的身影，甚至有的蚜虫种类对我国的作物生长造成了严重的经济损失。在我攻读博士阶段，我就以作物、蚜虫以及它的天敌瓢虫和草蛉为研究对象，想要弄明白从昆虫生态学的角度如何利用天敌进行生物防治，瓢虫和草蛉对蚜虫的防治效果到底如何，从食物链的角度试图去揭示这三个不同营养级营养关系以及能量流动的规律，以期能为农业生产提供参考。

在研究昆虫的过程中，我也深刻地体会到了生命的顽强与伟大。一只小小的昆虫，可能要经历卵、幼虫、蛹、成虫等多个发育阶段，每个阶段都面临着各种各样的挑战。比如，小小的卵，可能经过一次暴雨的冲刷，存活率甚至不到10%；幼虫在成长过程中，不仅要面临多种天敌的捕食或寄生，还要经过多次蜕皮，每一次蜕皮都是一次生死考验；蝴蝶的蛹在变成成虫的过程中，外表看似一动不动，内部却要经历剧烈的形态生理变化，即把幼虫的形态消融，形成新的成虫虫态，这个复杂的生命过程稍有不慎就会死亡。“朝生暮死”的蜉蝣，其实是在水里生活了1~3年，只为有朝一日飞向天空，完成繁衍后代的重任。这种不顾一切的充满浪漫又悲壮的场景，难道不正是它们对生命的赞歌？正是这种顽强的生命力，让昆虫在地球上生存了数亿年，并且不断地适应环境的变化。

昆虫学，正是这样一门以昆虫为研究对象的系统性科学，它不仅仅局限于对昆虫本身的认知，更致力于揭示这一类群的生命本质及其与环境之间复杂而微妙的互作关系。从微观层面的分子机制，到宏观视角下的生态系统动态，昆虫学的研究范畴几乎覆盖了生命科学的所有尺度，为人类理解自然、利用自然提供了宝贵的科学依据。

（清）居廉《花卉昆虫图》局部。

昆虫学与粮食安全

昆虫学是一门充满魅力的学科，它让我们了解到地球上最庞大的生物类群的生存奥秘。

目前已知的昆虫有一百多万种，约占动物种类数量的三分之二。昆虫的出现比恐龙还要早1亿年，昆虫也是地球上最早有翅的动物。昆虫学的研究始终伴随着人类的活动。从农耕文明开始，就有了昆虫与人的互动，也就形成了最早的“农”。甲骨文中的“农”，就十分形象地表明了农就是人用手拿着捕虫工具去捕捉地下害虫，从而保障农业的丰收。在地球上，昆虫有着远比人类更为悠久的历史，意味着不管昆虫对我们有利还是有害，它们都一直陪伴着人类进化与发展。

昆虫学在保障粮食安全、维护生态平衡和促进可持续发展方面，发挥着不可替代的作用。粮食安全是“国之大者”。东亚飞蝗是我国历史上为害最为严重的农业昆虫，蝗灾与水灾、旱灾一起并称为我国历史上的“三大自然灾害”。据史籍记载，从公元前707年到1949年的2600多年中，我国明确记载的蝗灾就有900多次，平均每2~3年就有一次区域性大灾，而5~7年就会有一次席卷大半个中国的大范围蝗灾。据《旧唐书》记载，唐贞元夏，蝗，东自海，西尽河陇，群飞蔽天，旬日不息，所至草木叶及畜毛靡有孑遗，饿殍枕道。《河南通志》中记载，洛阳蝗，草木兽皮虫蝇皆食尽，父子、兄弟、夫妇相食，死亡载道。由此可见，蝗灾发生非常可怕。

新中国成立以后，解决蝗灾问题曾是我国的重点任务。经过大量科研调查和研究，我国科学家根据生态系统结构与功能相互适应的原则提出了“改治结合、根除蝗灾”的综合治理策略和措施，终于在20世纪60年代末将我国的蝗灾降低到最低程度，极大地保障了我国的粮食供应和粮食安全问题。在最近60年中，中国蝗虫学研究主要集中在分类学、生态学、分子生物学、生态基因组学和控制研究等方面，进一步加深了对蝗虫生物学和蝗灾的认识，攻克了蝗虫暴发成灾机制这一世界性难题。

实际上，作物从播种、生长、收获到储存的整个过程中，都有可能受到昆虫的危害。我国常发性农业害虫有730多种，其中20多种属于重大农业害虫，如黏虫、棉铃虫及草地贪夜蛾等，重发时害虫为害造成农作物产量损失高达30%以上。而昆虫学的研究，尤其是农业昆虫学的发展，为害虫的综合治理提供了科学依据与技术手段，有力地挽回了这部分损失，在保障我国粮食产量与食品安全、推动农业害虫绿色防控方面发挥了关键作用。

生物防治是农业可持续发展模式的重要内容。我国是世界上发现和应用天敌最早的国家，早在3000年前《诗经》中就曾记载“螟蛉有子，蜾蠃负之”，记述蜾蠃昆虫捕捉蛾类幼虫的现象，虽然当时对蜾蠃的认识不足，但是这种自然现象是世界上论述最早的文献。公元304年晋朝《南方草木状》中还记载了利用黄猄蚁防治柑橘害虫的经验，这不仅是中国“以虫治虫”的最早记载，也是世界上最早的生物防治实践。

我国有着近5200年的养蚕历史与文化。张华在《博物志》（公元600年间）写道：“蚕不交者亦产子，子后为蚕。”这是世界上第一次对昆虫孤雌生殖的记载，比欧洲早了近千年。而明代宋应星在《天工开物》（公元1637年）中还记载了：“今寒家有将早雄配晚雌者，幻出嘉种，此一异也。”则是世界上最早的关于家蚕优势利用的描述。蚕所吐的丝做成的丝织品，千多年前就曾经作为“金羊毛”载入希腊神话，引发西方世界各方势力的争相抢夺。自古至今的丝绸之路，也给全世界的人们带去无限福祉。如今，我国每年约有几十亿米的丝织物产量，占全球产量的70%，不仅促进了各国文化、政治的交流，还带来巨大的经济利益。家蚕基因组框架图的绘制完成是我国科学家取得的里程碑式的科学成就。这一成果确保了我国茧丝生产和出口大国的地位，确立了我国在鳞翅目基因组研究方面的世界领先地位；对于阐明家蚕生物学的遗传基础，认识与蚕丝产量、质量密切相关性状的分子机制有重要意义，使应用现代科技手段改造传统蚕丝产业成为可能；同时，家蚕作为鳞翅目昆虫的典型代表，该成果将从根本上推动害虫防治的基础研究工作，也为研制新的基因药物、生产特殊材料以及传统的生物仿生开辟了新的思路和途径。

纪录片《BBC自然世界：沙漠蚂蚁帝国》。

拓展人类认知边界

在虫媒病的防治方面，经过70年、数代人的不懈努力，我国取得了世界瞩目的抗疟成绩——将肆虐中华大地数千年的疟疾本地原发病例从每年3000万降低至零，并于2021年6月30日获得世卫组织颁发的国家消除疟疾认证。

在资源昆虫方面，紫胶是紫胶虫的分泌物，被广泛用于医药、军事、机械、皮革、造纸、油墨、食品等行业，但历史上我国所需紫胶几乎全部依靠进口，特别是在解放初期，西方国家实施了禁运封锁，紫胶来源更为困难，在很大程度上制约了新中国的经济发展。1955年起，在我国资源昆虫学的开创者——刘崇乐的带领下，持续多年的胶虫寄生植物资源考察和人工放养技术研究，为紫胶虫的产区扩大和产量提高作出了卓越贡献。时至今日，我国紫胶及相关技术已跨进世界先进行列，我国的紫胶产量已达世界第三。此外，我国的蚕丝、蜂蜜、王浆、五倍子和虫白蜡的产量和出口量均位居世界第一，我国正在成为世界上最大的昆虫资源产业化国家。

法医昆虫学，这一看似神秘的领域，实则通过昆虫在尸体上的生长规律，为侦查人员精准推断死亡时间提供了重要线索，成为刑事侦查中的有力工具。南宋著名提刑官和法医学家宋慈在《洗冤集录》（公元1247）中，就记录了一些利用昆虫生物学推断刑事案件中尸体的死亡时间、死亡地点及死亡原因的经典案例。该书作为一部集大成的经典法医学著作比欧洲第一部系统的法医学著作早了350余年，自问世以来的几百年中约有20种译本流传海外，推动了世界法医学的发展。

昆虫文化也有悠久的历史。商周时代的青铜器上，已发现蝉纹，后来汉代宫中以玉蝉作为冠饰，成为高官显贵的标志。从魏晋开始，中国古代绘画艺术逐渐形成虫草一派，专门表现世间万千草虫的优美形象，寄托人们对自然情趣的追寻和对美的探索。

至于诗词歌赋中的昆虫题材，不但出现得很早，而且数量极多，在整个中国古代诗歌的海洋中形成了独特的审美趣味和风格，是中国古典文学中最精彩的部分之一。另外在中国古代工艺美术领域，如陶瓷、雕塑、漆器、剪纸等艺术中也广泛存在昆虫题材。昆虫文化占了农业文化很多的方面，特别是古代的农业文化基本上是中国文化的根基所在。

昆虫作为生态系统的重要组成部分，其存在与否、数量多少，往往直接反映了生态系统的健康状况。例如，传粉昆虫在许多植物的繁殖过程中扮演着关键角色，它们的活动促进了植物的基因交流与物种多样性；而蜉蝣等水生昆虫，则因其对水质变化的敏感性，被用作指示水质优劣的生物指标，为水环境监测与保护提供了重要参考。此外，昆虫学还催生了许多新兴产业，为绿色经济增长注入了新的活力。昆虫蛋白，作为一种高蛋白、低脂肪、易消化的新型食品原料，正逐渐受到市场的青睐；生物医药材料领域，昆虫的某些特殊成分被提取出来，用于开发新型药物或医疗材料，展现出广阔的应用前景；医疗领域，昆虫作为模式研究对象，对人类的遗传基因等方面疾病的治疗，提供了很好的理论参考和实践指导；昆虫仿生工程，则通过模仿昆虫的结构与功能，设计出更加高效、节能的机械装置或材料，为军事、航空航天、交通等工程技术领域带来了革命性的变化。

昆虫学作为一门古老而又充满活力的科学，正以其独特的魅力与价值，吸引着越来越多的研究者投身其中。从微观到宏观，从理论到实践，昆虫学的研究不断拓展着人类的认知边界，为解决全球性问题、推动可持续发展贡献着智慧与力量。

纪录片《BBC自然帝国：沙漠蚂蚁世界》。

来自新技术的挑战与机遇

昆虫学是一个较早与人工智能发生深度融合的学科领域。早在以ChatGPT为代表的大语言模型爆发之前，专门的AI技术就已应用于昆虫学研究。例如，基于深度学习的智能识别技术能通过形态特征高效鉴定物种；AI驱动的追踪系统可精细化解析昆虫行为和运动轨迹；在农业领域，智能诱捕与监测系统通过实时物种识别，为精准施药提供决策支持；在病媒防控中，机器学习预测模型能精准锁定疾病传播高风险区域，助力制定差异化策略。

人工智能的爆发式进步正在并将持续重塑昆虫学的研究范式。在日常研究中，我们主要在以下三方面使用人工智能工具：

其一，促进创新和发现。AI正改变理论构建路径——深度学习分析全球昆虫迁飞与气候关联，提出了跨大陆种群动态新假说；生成对抗网络模拟翅膀鳞片结构演化，为功能形态学提供逆向工程思路。在微观层面，AI技术也展现出巨大潜力，例如，在基因筛选测序方面，基于机器学习的算法能够快速分析昆虫基因组数据，识别与抗药性、生长发育等关键性状相关的基因位点，为后续的基因编辑和遗传改良提供精准靶点。

在基因剪接研究中，AI模型可以预测不同剪接方式对昆虫蛋白质功能的影响，帮助科学家深入理解昆虫基因表达的调控机制。在建立昆虫数字库方面，通过整合昆虫形态、基因、行为等多维度数据，构建可进行AI识别和智能分析的昆虫数字库，为昆虫分类、生态研究和保护提供全面的数据支持。例如，利用计算机视觉技术对昆虫标本图像进行自动标注和分类，结合自然语言处理技术对昆虫的生态习性、分布区域等文本信息进行提取和整理，形成结构化的昆虫数字资源库，方便科研人员快速查询和分析。

其二，提高研究的质量。AI驱动的数据清洗工具可自动剔除标本图像的光照噪声或修正公民科学中的误标记录；贝叶斯优化算法能动态调整培养箱环境参数，使实验条件更接近自然。在病虫害防治这一核心领域，传统的田间观察统计存在效率低、主观性强、时效性差等局限；深度学习的出现极大推进了植保技术发展。害虫智能识别已成为研究热点，例如中国农业大学开发的基于优化Transformer模型和稀疏注意力机制开发的蚜虫识别计数方法，其准确率等关键指标优异，并配套开发了移动应用程序，使农业从业者能在田间借助手机实现蚜虫的实时识别与计数，极大提升了便捷性和效率。这标志着AI识别技术已经实现了从实验室走向田间地头的实用化。

其三，提高研究的效率。面对海量昆虫行为视频、生物多样性数据及基因测序信息，机器学习算法能快速完成模式识别与规律提炼。例如，卷积神经网络可自动分类昆虫飞行轨迹；自然语言处理技术能从文献中高效提取关键生态参数，极大缩短人工分析时间。在实验设计环节，基于历史数据训练的预测模型能优化田间试验布局，如模拟不同杀虫剂浓度对非靶标昆虫的影响，提前排除低效方案。基于大语言模型的方法被用于高效构建中文虫害实体标注数据集，并利用双仿射机制等技术有效解决了中文嵌套命名实体识别的难题，在保证高准确性的同时，显著降低了人工标注成本和时间成本。特别是AI技术作为智慧植保的重要组成部分，通过与物联网、遥感监测等其他前沿技术的深度融合，可以构建起“感知-通信-决策-执行”全链条的智能化害虫防控体系，不仅突破了传统作业模式的技术瓶颈，更通过人机协同决策机制的形成，构建起从监测预警到执行反馈的完整技术闭环，为提升农业灾害治理能力提供了关键技术支撑。

当然，人工智能技术的发展方兴未艾，当前人工智能与昆虫学专业的融合只是迈出了一小步。我们坚信，随着多模态大模型、量子计算等新技术的引入，深度融合AI的昆虫学将为解决粮食安全、生物多样性保护等全球性挑战提供更强大的智能解决方案，并将深度融入全球治理体系。

回顾自己与昆虫学的缘分，从最初的好奇到后来的热爱，再到现在的执着，我深感幸运。昆虫学最珍贵的馈赠，或许就是让我们在微小的生命里照见宏大的自然法则，在与昆虫的对话中，学会谦卑地看待自己在生态链中的位置。这门专业教会我的，从来不是如何征服自然，而是怎样成为自然的聆听者。

本文为独家原创文章。作者：高峰；编辑：刘亚光；校对：薛京宁。未经新京报书面授权不得转载，欢迎转发至朋友圈。

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