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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 ]
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