2021 年初春，当我们和一位同事走进威斯康星州麦迪逊附近的一片白杨林时，我们原本打算完成一项研究计划，研究几种以树为食的昆虫。然而，我们发现了一片布满毛茸茸的棕色卵块的森林。

入侵的毛虫可能会使白杨林对本地昆虫的毒性更大

这些大批昆虫属于一种名为海绵蛾的入侵物种，它们使我们的计划戛然而止。我们知道，几周之内，饥饿的海绵蛾幼虫就会把森林吃光。

我们是化学生态学家， 对植物化学如何影响植物和以植物为食的昆虫之间的相互作用感兴趣。作为经验丰富的科学家，我们已经看到，好的科学故事有时最终与研究人员最初的预期相去甚远。这就是其中一个故事。和许多好故事一样，它包含了恶棍、美丽、毒药和死亡。

在最初为白杨林的命运感到忧心忡忡之后，我们改变了研究计划。我们决定研究入侵物种的落叶(即叶子消耗)可能会如何改变植物的化学成分，从而损害本地物种。

所有植物都会产生防御化合物来抵御试图吃掉它们的食草动物，比如昆虫。这些防御物质包括众所周知的化学物质，如单宁、咖啡因和氰化物。反过来，昆虫也进化出了对这些化学防御物质的适应能力，以适应它们所捕食的特定物种。

这项研究的结果甚至让我们感到惊讶，并于 2023 年 9 月发表在《生态与进化》杂志上。

生态参与者

颤杨(Populus tremuloides)是北美洲分布最广泛的树种。

作为关键树种，山杨为许多森林生物提供食物和庇护所。如果没有这些树木，北美大部分地区的森林将会大不相同。山杨在生态上取得成功的部分原因在于其独特的化学性质。它会产生一类称为水杨素的防御化合物。在大多数情况下，这些防御措施可以防止食草动物完全吃掉树木的叶子。

入侵性海绵​​蛾(Lymantria dispar)是北美阔叶林中破坏力最大的落叶害虫。白杨是海绵蛾最喜欢的食物植物，它们以初夏正在生长的叶子为食。在种群密度较高的情况下，海绵蛾可以毁掉大片森林的叶子。

这种由海绵蛾引起的屠杀对其他以白杨为食的昆虫来说并不是一个好兆头，比如当地的蚕蛾，它从夏季中后期以白杨为食。

自然实验

从 2021 年 5 月到 6 月，海绵蛾毛虫吃掉了我们白杨林中几乎每一片绿叶。

然而，到 7 月初，树木又长出了新一轮的叶子。另一片位于 4 英里(6 公里)外的同龄白杨林没有出现落叶现象。

受损森林和未受损森林的结合为科学家所谓的自然实验提供了完美的条件。未受损森林作为实验对照，我们可以将其与受损森林进行比较，以评估海绵蛾落叶对夏末觅食昆虫的影响。

我们在夏末从这两片森林收集了树叶，并分析了其中的水杨酸类物质的含量。

我们还给当地的波吕斐摩斯毛虫喂食了来自落叶森林或对照森林的叶子，以观察防御化合物如何影响它们的生存和生长能力。

我们发现，在被海绵蛾啃食叶子后，白杨树会长出第二组叶子，这些叶子中的水杨素含量要高得多，平均高出 8.4 倍。相比之下，对照森林的叶子中的水杨素含量要低得多，这是白杨树在夏末的典型特征。

落叶森林中高浓度的防御化合物对本地蚕蛾幼虫造成了严重伤害。以落叶森林中的树叶为食的幼虫很少能存活下来。即便是存活下来的幼虫，生长也发育不良。

生态影响

我们的研究首次揭示了入侵物种如何通过使它们共享的食物资源变得更加有毒来危害本地物种。这种生态动态可能不仅限于白杨和蚕蛾幼虫。

有 100 多种昆虫和哺乳动物以白杨为食，我们之前的研究表明，高浓度的白杨素对其中许多物种有害。其他树种，如橡树，在海绵蛾落叶后也会产生更多的防御化合物，这可能会影响当地的食草动物。

昆虫对于所有陆地生态系统的运作和繁荣都至关重要。但科学家们发现，昆虫的数量和多样性在世界范围内下降，这种现象被称为“昆虫末日”。

造成昆虫数量下降的原因多种多样，而且远未完全明了。此类研究有助于填补这一空白。入侵物种通过植物毒素间接造成的损失似乎是全球昆虫遭受的千百次死亡中的又一次损失。

最后，我们的故事是科学在行动中的故事。科学家无法完全预测自然事件会如何破坏精心制定的研究计划，尤其是实地项目。洪水、干旱、龙卷风、雷击、昆虫爆发——我们的研究小组都经历过。

不过，研究人员偶尔也能凭借创造性的才智和科学的适应能力来应对这些挑战。这些可能会让我们对这个非凡世界的理解取得惊人的突破。