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

  • 今天,他们获颁国家最高科学技术奖

  • 沿着埃德加·斯诺的足迹看当代中国

独家策划

推荐阅读
水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究:在一滴水中探寻物理之美 在王恩哥看来,物理学研究有一个很大的特点,就是它能把复杂的事情简单化,并且抓住其中最本质的问题——这就是物理学的魅力所在。
2026-07-09 09:51
而这一切的起点,要回到半个世纪前——在中国科学院物理研究所那间废弃的鸡舍里,陈立泉铺开了这张后来冠绝全球的“电动”蓝图。自1981年起,在中国科学院的持续支持下,实验室瞄准真正实用的锂电池,牵头组织并承担了一系列国家重大项目。
2026-07-09 09:51
谈及荣获国家最高科学技术奖,贲德谦虚地说:“这不是我个人的奖,而是所有‘雷达人’的荣誉。从原理探索到技术攻关再到雷达建造,10余载春秋,为了研制代号“7010”的远程相控阵雷达,贲德与团队闯过了一个又一个难关。
2026-07-09 09:50
发展数智经济,通过促进科技创新和产业创新深度融合培育新质生产力。为此,笔者建议,应从要素供给、产业融合、创新转化和制度保障四个方面发力,把数智经济的技术势能转化为新质生产力的发展动能。
2026-07-09 09:50
耄耋之年,她坐着轮椅来到采访室,一身深蓝素装,神情温和。她,就是“七一勋章”获得者、中国工程院院士、中南大学教授钟掘。1960年,钟掘毕业后来到岳麓山下的中南矿冶学院,一头扎进被人称作“傻大黑粗”的冶金机械行业。
2026-07-09 09:49
中国科协第十一次全国代表大会是在“十五五”开局之年召开的一次重要会议,是科协系统和广大科技工作者的一次盛会。实践充分证明,我国科技工作者始终胸怀祖国、服务人民、勇攀高峰、敢为人先,不愧为党和国家充分信赖的优秀队伍和建设科技强国的中坚力量。
2026-07-09 09:49
从安装智能芯片的比赛用球,到协助裁判的视频技术,再到支持百万球迷转运的中国列车……这支“中国队”被美国消费者新闻与商业频道誉为世界杯供应链“不可或缺的一环”。
2026-07-08 10:08
7月7日是小暑节气,恰逢年度“最小太阳”现身天宇。当日凌晨2时左右,地球过远日点,这是一年中地球距离太阳最远的位置,这天观测到的太阳视直径为全年最小。
2026-07-08 10:06
近日,西南石油大学新能源与材料学院光伏材料与技术科研团队传出好消息:其研发的小尺寸超高效叠层太阳能电池光电转换效率接近35%,大幅超越常规太阳能电池的光电转换效率。
2026-07-08 10:04
目前,大连海事大学已与72家行业单位建立联合培养,共建162个专业实践基地、4个工程技术中心,聘任600余名企业导师,真正实现“工程出题、校企共答、产业阅卷”。
2026-07-08 09:52
一生钢铁报国,一生慷慨无私。崔崑院士走了,但他留下的,是钢的筋骨,是火的温度,是一颗永远滚烫的赤子之心。
2026-07-08 09:45
在河北雄安人工智能产业园的一楼展厅里,一台工业机器人正利落地演示货物搬运,机械臂精准而有力;楼上,键盘敲击声此起彼伏,研发人员专注地写着代码。产业园一年前才“开业”,如今已成为人工智能公司发展的产业高地。这里诞生的国内首个处理结构化数据的通用大模型,适用于多个工业场景;这里诞生了便携式颅脑出血检测分析仪,让医学检查更加快捷便利……
2026-07-07 09:44
从“争第一”的局部超越,到“创唯一”的向上突围,再到“守专一”的产业韧性,这三重创新路径相互交织,共同勾勒出中国从“世界工厂”迈向“创新引擎”的壮阔图景
2026-07-07 09:42
近日,在内蒙古阿拉善盟额济纳旗东风镇古日乃嘎查的航天育种试验基地内,曾搭载实践十九号卫星的荒漠肉苁蓉“太空种子”,在地面选育试验中取得关键进展——首批试验植株成功开花。
2026-07-07 09:40
高校专业目录的更新,绝非简单的名称变动,而是立足国家需要、顺应产业发展、面向科技前沿之举。新农科教育已不再是单纯的“种地养猪”,而是要有系统思维和交叉学科背景,特别是打破农学、工学、理学等传统学科壁垒。
2026-07-07 09:39
夏日时节,我们有时会看到湖泊或水库的水面被一层厚厚的绿色“油漆”覆盖,水体浑浊还伴有一股怪味。“这种差异解释了为什么蓝藻水华会出现种群层面的快速崩溃,‘死亡信号’一旦扩散,就会迅速引发整片区域的蓝藻种群崩溃,也解释了为什么蓝藻水华会‘突然消失’。
2026-07-07 09:36
天问二号探测器历经约400天、行程约10亿千米的“追星”之旅,于近日与小行星2016HO3成功交会,到达距离小行星20千米处,开始科学探测。
2026-07-06 10:03
发射节奏加快、组网进程提速……近段时间以来,商业航天领域捷报频传,产业发展动能持续增强。
2026-07-06 09:54
航运活跃,满载着中国经济的蓬勃生机,也给水上交通安全带来更大挑战。今年以来,我国海事部门接连推出新举措,通航管理越来越精细高效。
2026-07-06 09:53
6月25日,科技部党组书记、部长阴和俊作了“建设科技强国支撑高质量发展”专题报告,现以问答形式摘要刊发。
2026-07-06 09:50
加载更多