点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:蛰伏地下几十个月,一开口就惊艳了我整个夏天
首页> 光明科普云> 图文 > 正文

蛰伏地下几十个月,一开口就惊艳了我整个夏天

来源:蝌蚪五线谱2023-07-26 14:23

  没有什么比蝉鸣声更能预示夏季的来临,这些趴在树干上的昆虫不厌其烦地发出鸣叫,成为了夏天最热烈的歌者。

  图源emily stone

  依照古人的说法:蝉始鸣,半夏生。意思是夏至过后,蛰伏在地下的成熟若虫纷纷破土而出,开启羽化。

  在这之后,雄蝉将要在短短一个夏天的时间里,靠着大嗓门来吸引雌蝉,以此完成自己传宗接代的使命。

  完成交配后,雌蝉会在草茎或树皮的裂缝中产下数百枚卵。

  之后的几周内,像跳蚤一样的幼虫(若虫)孵化出来并朝着地面坠落,然后钻入土壤之中。

  此后的一年乃至数年内,它们将一直生活在这里,并以地下树根的汁液为食,为它们再一次在天空下亮相做好准备。

  NO.01 蝉的声音为什么这么大?

  设想一下,如果你在暗无天日的地下啃了几年树根,却只有几周的时间在阳光下找女朋友、交配繁殖,甚至旁边还有成千上万名竞争者,面对如此紧迫的军备竞赛,每只雄蝉只能玩了命地大叫来获得雌蝉的青睐。

  图源BBC earth

  与大多数昆虫产生声音的方式不同,蝉有独特的发声结构。

  一般我们想到“吵闹”的昆虫包括蟋蟀、蝈蝈、螽斯等,它们大多是通过身体两个部分摩擦而产生的声音。

  图源LNZYX/ISTOCK/THINKSTOCK

  但蝉不一样,它们用于发声的最常见的结构是鼓膜器官,每一只雄蝉第一腹节背面和侧面都有一对,主要由腹部底部的肋状膜和附着的肌肉组成。

  当鼓膜被附在上面的肌肉拉动时,会使身体两侧的骨骼弯曲,肌肉放松后再回弹,在这一起一伏之间,就发出了响亮的声音。

  图源wired

  鼓膜肌肉收缩的频率可达每秒120~480次,这个速度足以让人耳感受连绵不绝的声乐浪潮。

  同时,雄蝉还拥有一个空心的、气球状的腹部,从而可以放大从鼓膜发出的声音,并且随着腹部气囊的共振频率与鼓膜频率相当,我们可以听到声音逐渐变得更大。

  图源wired

  有时候为了进一步放大它们发出的声音,雄蝉还会一起合唱,创作一首无与伦比的管弦乐,献给全世界所有的雌蝉。

  除此之外,有些蝉还能挥舞翅膀将声音引导到不同的方向,让雌蝉感受感受什么叫360°环绕音。毫不夸张地说,蝉的身体不亚于一个天然的乐器,而演奏者就是它们自己。

  NO.02“哑巴”蝉怎么发声?

  在全世界三千多种蝉当中,绝大多数的蝉采用鼓膜发声,这是蝉总科进化出最有效的一种发声器官。

  也有相对少数的蝉发声器官与蟋蟀等昆虫类似,使用前翅后缘和具有发音齿的后翅前缘相互摩擦发声。

  而通过鸣叫行为、鸣叫类型、频率以及时域特征,很容易对蝉的种类进行区分,特别是同属的近缘种鉴别有着奇效。比如两种在形态上难以区分的山蝉,其鸣叫节律则明显不同;长得像双胞胎的绿草蝉和青草蝉,在鸣叫时也有着较大的区别。

  因此不同的蝉鸣在蝉听起来都是不一样的,这也让『蝉鸣』成为了其种群间有效的隔离方式——传声隔离机制

  图源yabai

  不过值得注意的是,卡伦尼亚属(Karenia celatata)下的蝉(Cicadidae,Cicadettinae)既没有鼓膜,也没有可摩擦发声的器官,因此也被认为是“哑巴”蝉,那么它们该如何向同类发出呼唤呢?

  一只“哑巴”蝉 图源克里斯蒂安

  来自加州大学戴维斯分校的昆虫学家克里斯蒂安·南森和西北农林科技大学植物保护学院的魏琮教授在他们的研究中回答了这一问题。

  “虽然卡伦尼亚属下的蝉缺乏其他大多数蝉所特有的鼓膜发声结构,但用‘哑巴’来形容具有误导性,因为它们的确会发出声音”南森说道。

  研究人员借助高光谱分辨率成像技术拍摄了“哑巴”蝉发声所涉及结构,包括前翅、鳃盖、身体表面十字形的隆起和翅膀根部,结果都发生了形态上的改变。

  换而言之,“哑巴”蝉可以通过前翅肋部撞击鳃盖来产生声音,与鼓膜压缩发声和摩擦发声相比,这种方式更像是在敲鼓。

  注意看翅膀 图源研究附件

  如果将它的声音加入到蝉鸣队伍,就仿佛组成了一支风格多样且声音洪亮的交响乐队。同时,这种新的敲击发声机制也用于卡伦尼亚蝉种内交流,并能起到鸣叫的作用。

  此外研究人员还观察到,当种群内第一只雄性开始拍打翅膀发出声音后,周围越来越多的雄性会加入进来,组成大合唱。甚至通过拍手或敲击竹竿发出的声音,也可以触发蝉的合唱团。

  参考文献:

  1.雷仲仁,周尧.蝉鸣特征及其在分类学上的意义:同翅目:蝉总科[J].昆虫分类学报, 1994, 16(1):51-59.DOI:10.1007/BF02943514.

  2.Why are cicadas so noisy?

  https://www.britannica.com/story/why-are-cicadas-so-noisy

  3.How Do “Mute” Cicadas Produce Their Calling Songs?

  https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0118554

  END

  作者:许舟 中国科普作家协会优秀科普作品银奖获得者

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 多聚焦第四届链博会主宾国和主宾省展台

  • 第十七届夏季达沃斯论坛“文化之夜”精彩绽放

独家策划

推荐阅读
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
事实上,天气预报从来不是一成不变的“标准答案”,而是一门在复杂大气运动中不断逼近天气真相的科学。但我们必须正视:天气预报是一门预测科学,天气系统的复杂性,是全球气象领域共同面临的世界级难题。
2026-06-25 09:28
AI的介入,正在将控制“人造太阳”从一门依赖经验和试错的手艺,提升为一门可计算、可预测、可自主优化的科学。
2026-06-25 09:31
瑞士巴塞尔大学科学家研制出一款多功能纳米递药机器人,由推进模块和有效载荷模块构成,两种模块可重复使用,并能够自行组装。
2026-06-24 09:58
从“双链贯通”升级为“四链融合”,折射出中国推动科技创新与产业创新深度融合的有力步伐。
2026-06-24 09:48
该成果通过改善帕金森患者最难治疗的行走障碍,开启了个性化神经调控新篇章。
2026-06-24 09:47
国家卫生健康委23日印发《营养指导员服务技术指南(试行)》,针对营养指导员提出营养监测与调查、膳食营养状况评价、营养咨询与指导、营养配餐、营养科普教育等五方面工作的技术能力要求。
2026-06-24 09:46
国家粮食和物资储备局23日发布的最新数据显示,随着夏粮陆续收获上市,旺季收购正逐步展开。
2026-06-24 09:44
瑞典哥德堡大学和查尔姆斯理工大学研究团队在人工智能(AI)应用方面取得新成果,教会一款名为SmartTrap的AI系统使用光学镊子,从而让光镊实现了全自动运行。光镊是一种利用高度聚焦的激光束来操控微小物体的技术,其操作对象包括单个DNA分子、活细胞以及其他直径远小于发丝的微观粒子。
2026-06-23 09:40
“十五五”规划纲要提出,建立健全数据产权、流通利用、收益分配、安全治理等数据要素基础制度。
2026-06-23 09:38
上午9时,随着小浪底水利枢纽3个闸门徐徐升起,巨大水流喷涌而出,在空中形成层叠奔涌的排浪,轰鸣着冲向水面——2026年度黄河调水调沙正式启动。
2026-06-23 09:35
2026年,发布《高端科学仪器创新发展行动计划》,推进“AI+”赋能仪器创新,鼓励建设全自动“黑灯”实验室等前沿科研新范式……灵心巧手(北京)科技有限公司联合创始人左家平举起一款灵巧手向记者介绍:“我们最轻的灵巧手只有370克,但它能提起50公斤重物。
2026-06-23 09:34
中国散裂中子源科学中心与港澳8所高校合作共建大湾区首台同步辐射光源,所有谱仪面向港澳全面开放,港澳用户完成实验课题超过100项,产出系列重要成果。据了解,2025年,“深圳-香港-广州”创新集群首次跃居全球创新指数第一,“澳门-珠海”集群连续两年入围全球百强,国际科技创新中心地位进一步凸显。
2026-06-23 09:30
准确来说,“原位纳米晶限域”是一种让晶体在生长过程中“长得好又长不大”的精细调控技术。科学家在材料结晶前,预先混入一种可聚合配体,它在晶体刚冒头时原位形成一张分子级的“网”,网眼便是晶体生长的唯一空间。
2026-06-23 09:29
这就是“管中窥豹”的困境,也是当前AI辅助荧光成像面临的核心难题。团队的解决思路颇具巧思:提出了一种全新的通用型荧光成像复原网络LargePNet。
2026-06-22 09:45
6月20日,中技船舶首批9艘新能源船舶集中试航仪式在广西南宁港举行。9艘船舶包含无人驾驶智慧船、商用作业船、民用休闲船,适配执法巡逻、景区观光等各类场景,助力内河航运绿色转型。新华社发
2026-06-22 09:44
加载更多