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

  • 文化遗产数字化论坛开幕倒计时1天

  • 倒计时1天!人工智能安全治理分论坛即将举行

独家策划

推荐阅读
人工智能的浪潮正在席卷从科技到教育,乃至全社会的各个角落,中国教育界正在积极推动学习和应用人工智能,以便乘势站在时代前列。今年6月,中国工程院院士、华中科技大学校长尤政提出,人工智能和批判性思维结合形成DNA式的“双螺旋结构”,将有力推动创新。
2025-09-16 09:14
15日,在2025年国家网络安全宣传周主论坛上,《人工智能安全治理框架》2.0版正式发布。落实《全球人工智能治理倡议》,《人工智能安全治理框架》1.0版于2024年9月发布,受到国内外广泛关注。
2025-09-16 09:13
光明日报北京9月15日电 记者陈晨从农业农村部获悉,2025畜禽种业发展论坛14日在北京市平谷区举行。论坛发布了第三次全国畜禽遗传资源普查、濒危畜禽遗传资源保护成效、主要畜种分子身份证构建和遗传评估优秀种公畜等重大成果,举办了畜禽种业振兴成果展,26家单位现场推介新技术、新设备、新成果,72家单位进行专场展示。
2025-09-16 09:13
数智技术以及数智互联技术将推进青年间社会化协同与知识共享,可精准连接青年学习者,并形成跨地域的学习社群与项目协作组。总而言之,数智技术能够为青年群体参与终身学习创造良好条件,能够充分激发青年群体参与终身学习的动力,能够更好地帮助青年群体全面发展。
2025-09-16 09:12
作者:王 珩、程松泉,分别系浙江师范大学教师教育学院教授;浙江师范大学教师教育学院博士生  当前,全球教育正经历一场由人工智能技术驱动的深刻变革。唯有坚守育人初心,在伦理框架内审慎推进技术应用,才能让人工智能真正成为引领教育发展的引擎,而非解构教育本质的飓风。
2025-09-16 09:11
在合成生物学和气候变化应对领域有巨大潜力。
2025-09-16 09:11
走进展区,多款新潮文创让人爱不释手;戴上设备,苏轼笔下的诗词世界任人遨游;指尖轻点,三千年前的青铜器“触手可及”……一系列新产品、新服务、新场景在2025年中国国际服务贸易交易会文旅服务专题亮相,漫步其中,处处感受到科技与创意奔涌、文化和旅游融合的无限活力。
2025-09-15 09:54
在2025年中国国际服务贸易交易会上,一批品类丰富、兼具趣味与文化内涵的文创精品成为展会现场的“人气王”,引爆观展热潮。
2025-09-15 09:54
最大网络基础设施的建成有助于我国突破关键技术的“卡脖子”困境,形成自主可控的核心技术优势,建立起数字经济产业的第二创新生态。 (作者:戎 珂,系清华大学社会科学学院经济学研究所所长、长聘教授;田晓轩,系清华大学社会科学学院经济学研究所博士研究生)
2025-09-15 09:53
今年暑期,工厂游火爆出圈。参观名额秒空、门票收入可观、社交平台相关笔记有10多万条,工厂游俨然成了文旅界新宠。 工厂游等新型旅游业态,实现了工业与文旅的跨界融合,也为文旅经济的发展提供了新增长点。
2025-09-15 09:52
深夜,河南焦作多氟多新材料股份有限公司的实验室依旧灯火通明,总工程师闫春生还在带着团队忙碌。 2006年,多氟多打响了由传统氟化工向精细氟化工、新能源材料转型的战役,闫春生临危受命加入六氟磷酸锂研发团队。
2025-09-15 09:51
2025年中国国际服务贸易交易会9月10日至9月14日在北京举办,众多科技产品亮相展区,吸引观众驻足参观。2025年中国国际服务贸易交易会9月10日至9月14日在北京举办,众多科技产品亮相展区,吸引观众驻足参观。
2025-09-12 10:08
汽车排放被认为是气候变化的“元凶”之一,但学术界一直缺乏对城市道路碳排放进行精准刻画的工具。”借助全景AI模型,可实现二氧化碳排放源的精准提取,模型的平均精度超过93%、平均误差低于1.3ppm(ppm为百万分比浓度)。
2025-09-12 10:01
习近平总书记指出:“要把握人工智能发展趋势和规律,加紧制定完善相关法律法规、政策制度、应用规范、伦理准则,构建技术监测、风险预警、应急响应体系,确保人工智能安全、可靠、可控。人工智能系统的可靠性不能停留在统计意义上的“高概率正确”,而应追求在复杂、开放、动态环境下的“高置信可靠”。
2025-09-12 10:01
10日,2025世界顶尖科学家协会奖(以下简称“顶科协奖”)获奖者名单在上海公布。顶科协奖是2021年在上海发起创设、由红杉中国独家提供永久资金支持的面向全球科学家评选的科学大奖。
2025-09-12 09:59
全球规模最大恐龙蛋化石群——湖北十堰青龙山恐龙蛋化石群的埋藏时代,首次被科学家认定为距今约8600万年。专家考证,这是迄今全球分布最集中、规模最大、埋藏最好、原地出露最多、原址保存最好的恐龙蛋化石群。
2025-09-12 09:58
9月10日上午,在马来西亚吉隆坡召开的国际灌排委员会第七十六届国际执行理事会会议上,2025年(第十二批)世界灌溉工程遗产名录正式公布,我国申报的云南元阳哈尼梯田、江苏句容赤山湖灌溉工程、四川彭州湔江堰、北京门头沟永定河古渠灌溉工程全部成功入选。
2025-09-11 10:18
“十四五”以来,我们牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,全力当好自然资源“大管家”和美丽中国“守护者”,全面完成了“十四五”规划的目标任务,有效支撑了经济社会的高质量发展。
2025-09-11 09:57
未来,城市的画卷上,AI、物联网与大数据等现代科技将继续深化推广,但唯有始终以人的尺度丈量技术,以人文的关怀驾驭创新,方能使城市永葆文气的深度、人气的热度与烟火气的温度,让每座城市都在科技的守护中,找到生生不息的发展动能。
2025-09-11 09:52
北京大学的科研团队与合作者联合开发出一种全新的“高维超分辨成像”技术,成功实现了对活细胞内15种细胞器的同时成像与精准识别,为细胞生物学研究打开了一扇全新的大门。
2025-09-11 09:43
加载更多