痛苦的森林：遇到山松甲蟲的大噴發
山松甲蟲已經在北美西部的森林中存在了數百萬年。然而，最近一次疫情跨越了西部的森林，比以前任何一次疫情的戲劇性都要高出10倍以上。他們已經越過了山脈，正在向東移動...這引起了科學家的注意。
戰鬥：松樹vs.甲蟲
一隻黑甲蟲飛越北美西部的山脈，落在一棵成熟的美國黑松樹的樹幹上。它悠閑地在樹皮上漫步，不時嗅着松樹的芬芳，不時啃兩口......一旦找到所需的樹，它就會直接鑽入樹皮中，并在韌帶中建立自己的巢穴。它會在那裡交配和産卵，樹皮下的針狀管組織将為它提供營養。在吸收樹幹營養的同時，甲蟲還阻斷了粘性松樹樹脂的分泌。要知道，松樹樹脂是松樹對抗這些入侵者的主要"武器"——"借用"昆蟲。松樹樹脂從堵塞的通道中湧出，填充甲蟲挖的孔并填充它，直到它溢出樹幹或趕走侵略者。松樹樹脂一旦從樹幹中溢出，就會變幹變硬，形成"樹脂管"的樣子，這也是松樹受到甲蟲影響的明顯迹象。
當雌性山松甲蟲選擇自己喜歡的松樹時，松樹和甲蟲之間的激烈戰鬥開始了。松樹會繼續分泌松樹樹脂，試圖吞噬甲蟲，最好讓松樹樹脂覆寫整個樹幹;甲蟲也不斷進出樹幹，用它們的身體清理巢穴中的松樹樹脂。派恩斯必須成為這場一對一小型沖突的赢家。不過，甲蟲不會那麼被束縛起來，在這場決鬥中，甲蟲不可避免地會吞下一些松樹樹脂，這些松樹樹脂會使甲蟲的身體産生抗性物質，并迅速變成一種有吸引力的資訊素，這種資訊素可以像羽毛一樣随風蔓延到數百碼之外，向其他松甲蟲發出信号。
對于接收信号的雌性松甲蟲來說，這種信号意味着一棵非常适合它們居住和産卵的樹正受到同伴的攻擊，他們需要及時到達那裡以加強并幫助第一批同伴赢得戰争。對于接收到信号的雄性松甲蟲來說，這個信号意味着它們将有機會交配，它們需要及時到達那裡。
圍繞洞穴的激烈戰鬥隻能從兩個方面進行：第一，雌性山松甲蟲已經帶來了足夠的配偶來殺死松樹;其次，松樹反擊成功殺死了甲蟲。當一大群雌性甲蟲攻擊松樹時，它們會将松樹樹脂分泌的壓力降低到零，導緻松樹樹脂停止流動。這樣，更多的松甲蟲進入松樹，松樹無力抵抗，無疑會死亡。為了確定成功，雌性甲蟲還會導緻松樹的韌帶感染真菌，如"藍蟲"。雌性薩馬林甲蟲在嘴裡攜帶這些共生真菌的孢子，在淺坑狀囊中，并協調整個身體以運輸它們。藍色變體可以在甲蟲的巢中傳播，造成嚴重破壞，阻塞韌帶，甚至更深的管組織和木材，影響營養和水分從根部到樹冠的整個運輸。對于松樹來說，山松甲蟲的攻擊肯定會對韌帶造成一些傷害，但藍色細菌對于韌帶和木頭部分的堵塞是比較緻命的"扭曲"。
海蓬甲蟲和藍色變種之間存在互惠互利的共生關系。他們互相依賴，互相幫助。藍色變種不僅為殺死樹木提供了"汗馬功勞"，而且也是為甲蟲幼蟲擷取食物的關鍵。沒有這些真菌資源，甲蟲的後代很難獲得食物和生長。對于大多數生物來說，樹木是一種相對貧瘠的資源。它們缺乏合成蛋白質所需的營養物質，并含有大量幾乎難以消化的碳化合物。像藍色變異體這樣的真菌碰巧會分解這些類乳暈，并将它們轉化為有用的營養素。同樣，對于藍色變體，它們還需要依靠酪氨酸甲蟲來傳播孢子。事實上，自然界中的藍色細菌通常隻存在于兩個地方：一種是在毛茸茸的甲蟲或其他樹皮甲蟲的嘴裡或體内;其次，他一直在樹皮下掙紮，以幫助甲蟲獲勝。
山松甲蟲的噴發及其影響
松甲蟲原産于北美西部的針葉林，它們通常對森林的破壞性不大，它們隻生活在一些最脆弱的松樹上。這些樹木通常不會被閃電擊中，
是感染了一種極具破壞性的根腐病菌，還是被矮小寄生蟲嚴重纏繞。但每隔40到60年，特别是當持續的幹旱導緻松樹樹脂分泌下降時，松甲蟲全年都會經曆集中爆發。
從曆史上看，人們對松甲蟲的爆發幾乎沒有特别的擔憂，松甲蟲已經在西部森林中存在了數百萬年，特别是在特定的山谷或礦脈中。然而，最新的疫情已經席卷了整個西部森林，導緻樹木死亡的數量是野火全年造成的50倍！這次疫情的嚴重程度是前任何一次疫情的10倍以上，無論是在地理上還是在樹木死亡率方面。此外，受災松樹，其海拔和緯度分布也有所改善。這使得落基山脈珍貴的高海拔滑雪勝地的森林，以及距離松甲蟲爆發僅幾百公裡的加拿大針葉林，不再安全。
事實上，沒有人能說出這次山松甲蟲爆發對整個山地生态系統和區域經濟的影響。從生态學上講，樹木死于甲蟲襲擊并不是新聞，這絕對不是一件壞事。然而，當樹木活着時，它們會将大氣中的碳轉化為木材或深層土壤，現在，随着前所未有的死亡人數，從長遠來看，這可能會将整個爆發區域從碳彙（森林吸收和儲存二氧化碳的能力）效應轉變為富含碳的區域，因為微生物繼續分解死樹和其他有機物。
另一方面，大量的樹木死亡也會影響該地區的水循環。當針葉林死亡時，太陽輻射将對森林氣候和冬季和春季積雪融化産生重大影響。
氣候變暖加速了甲蟲的繁殖
雖然山松甲蟲爆發的生态影響是不可避免的，但這次爆發的強度是前所未有的，是以科學家們正試圖找出為什麼"這次爆發比以往任何時候都更強烈"。複雜的問題總是有幾個方面，但科學家的目光首先集中在快速變化的氣候對昆蟲生命周期的影響上。科學家指出，在正常情況下，成年甲蟲通常在7月中下旬開始出現，并在8月的第二周和第三周達到最高水準。然後雌性甲蟲産下第一個卵，并很快孵化成幼蟲。然而，幼蟲的生長始于夏末，由于秋季溫度，它們的整個生命在秋季延遲。
甲蟲通常在冬季度過第四或第五個年齡（這代表了幼蟲生長的不同階段）。當春天來臨，洞穴中的溫度恢複到4.4攝氏度時，甲蟲再次開始生長。在夏季，幼蟲開始逐漸變成飛蛾，并最終在7月和8月變形為柔軟的成蟲。在幾天内，它們會積累大量的黑色素并硬化，為另一次新的攻擊，聚集和生成做準備。過去，整個生命周期需要一年的時間。
然而，由于氣候變化，春季氣溫迅速上升，這是昆蟲生長的理想選擇。研究人員發現，在科羅拉多州3000米高的弗蘭特山脈，春天适合甲蟲生長的天數在過去40年中增加了近58%。換句話說，随着氣溫的升高，甲蟲比以前提前了四到六周出現，将飛行和繁殖時間延長了50到110天。
是以，甲蟲的生命周期發生了根本性的變化。雌性甲蟲在6月初出現，幾天後産卵。然後将卵孵化成幼蟲，然後長成幼蟲，然後在八月重新出現。這批成年昆蟲産下新一批的卵。在第二年的6月，卵子将長成新的成年個體。通過這種方式，甲蟲種群可以在溫暖的一年中繁殖兩次。不要以為甲蟲的數量隻會乘以2，事實是它們的數量會呈指數級增長。
春季氣溫上升也會導緻甲蟲分布的擴大。在1970年代和1980年代，甲蟲也在海拔2，700多米處移動。但現在，山松甲蟲已經能夠攻擊海拔3300米以上的森林。此外，甲蟲的分布不僅在海拔高度擴大，而且向北擴充數百公裡。
持續的幹旱削弱了樹木的防禦能力
變暖可以部分解釋山松甲蟲史無前例的爆發，但這絕不是故事的全部。沒有适當的栖息地和食物，任何生物都無法茁壯成長，至少在數量上不會那麼快。是以，除了氣溫上升的因素外，山松甲蟲還必須找到足夠的脆弱樹木作為目标，然後才能進入爆發期。然而，從易損到耐受性，這完全取決于松樹樹脂分泌了多少。松樹樹脂分泌的水準是不穩定的，即使在一年中或樹木的整個生命周期中，它也會發生巨大變化。
近年來，北美西部大部分地區遭受了長達十年的幹旱。當然，這主要是由于氣候變化。氣候變化不僅影響氣溫，還改變了降雨模式和降雨，甚至太平洋的主要洋流也在湧入。無論如何，幹旱會降低樹木的防禦能力，結果是樹木将難以維持足夠的松樹樹脂水準和松樹樹脂分泌能力。
是以，幹旱的松樹林非常脆弱，十幾隻或二十幾隻雌性甲蟲會将其分泌能力降低到零。然而，即使同一棵樹經曆了一個雨季，即使它經曆了一個多星期的降雨，它也可以重新獲得高水準的松樹樹脂分泌壓力，并承受數百次甲蟲的攻擊。從曆史上看，大多數山松甲蟲的爆發确實是從幹旱開始的，爆發期的結束往往是由于恢複到正常的降雨量水準。當然，如果幸存的樹木數量不足以維持甲蟲種群，疫情就會結束。
松樹有自己的不同阻力
在疫情期間，松樹本身的作用往往被忽視。這也是因為樹木總是給人一種均勻而靜态的感覺。隻有少數森林昆蟲學家認為，在疫情爆發後，松樹本身足夠強大，可以控制進一步的甲蟲破壞。森林昆蟲學家堅持認為，個别松樹的變化會對甲蟲種群産生重大影響。的确，即使接受相同數量的降水，紮根在同一塊土地上，在相同的溫度下生長，不同松樹之間的阻力也是不同的。這就是免疫反應與人類近親不同的原因。
彈性的差異很大程度上是由于遺傳。松樹屬于具有非常多樣化的遺傳分化的物種。即使在彼此相鄰生長的同一棵樹之間，生長速度，生長模式，耐寒性和球果也不相同。從生理上講，光合作用強、呼吸頻率低的樹木将有更多的能量快速生長，或者将更多的能量投入到外來入侵中，或者確定它們兩者兼而有之。
由于松樹樹脂是對抗松甲蟲的主要武器，是以分泌和具有樹脂通道以儲存松樹樹脂的能力可以測量松樹對松樹的抗性，是以樹脂通道的數量和大小可能會為測量樹木的彈性提供一種很好的方法。
在研究了不同的環境因素和不同類型的松樹後，研究人員發現，樹脂通道較少的松樹對甲蟲的抵抗力也較差。然而，該研究尚未得出明确的結論。那麼，如果被攻擊的樹有足夠的樹脂通道，它會反擊嗎？研究人員分析了美國黑松和玫瑰松中被甲蟲襲擊的個别樹木，将幸存下來的樹木與死亡的樹木進行了比較。結果表明，兩個仍然活着的松樹個體中的樹脂通道明顯多于死亡個體。這也表明，樹脂通道的密度可以相當準确地表明哪些樹木将存活，哪些樹木将死亡。
最近，科學家比較了年輕和古老的軟松，美國黑松和傑克松，發現松樹樹脂的抗性機制随着樹木的老化而迅速下降。護林員有時認為松甲蟲隻侵入大樹，但實際上并不是樹的大小，而是樹的年齡起着關鍵作用。一棵樹的大小隻是其年齡的一小部分因素。這一結論也有助于解釋"為什麼松甲蟲的爆發往往會避開森林中較年輕的樹體？"
不容忽視的人為因素
山松甲蟲爆發的地理擴張也可能來自人類對森林結構的變化。選擇性種植經濟樹木，改變野火等自然災害的時間，以及引入牲畜進行畜牧業，都會影響森林的再生，進而極大地改變地球上樹木的年齡結構。在低海拔地區，氣候更适合人類的生産和生活，森林受人類生活的影響更大，特别是因為森林中的幼樹總是比高海拔地區多。是以，科學家認為，高海拔地區的森林破壞是我們人類生活和經濟活動的遺産，而不僅僅是氣候變化的結果。你知道，這些樹中的許多已經存在了一個多世紀。
甲蟲是北美的一種本土昆蟲。數百萬年來，它們像高山湖泊沉積物和木材化石一樣存在，并且經常在西部的針葉林中爆發。基于這段曆史，結合最近的事态發展，科學家們認為，沒有理由期望或希望這樣的爆發會停止。氣候變化對松甲蟲的生命周期有重大影響，樹木本身具有彈性。與此同時，科學家們揭示了為什麼甲蟲在高海拔森林中如此成功。這些新發現有望激發圍繞樹木恢複機制的樹種選擇和森林管理技術。