蟄伏地下幾十個(gè)月，一開口就驚艷了我整個(gè)夏天

沒有什么比蟬鳴聲更能預(yù)示夏季的來臨，這些趴在樹干上的昆蟲不厭其煩地發(fā)出鳴叫，成為了夏天最熱烈的歌者。

圖源emily stone

依照古人的說法：蟬始鳴，半夏生。意思是夏至過后，蟄伏在地下的成熟若蟲紛紛破土而出，開啟羽化。

在這之后，雄蟬將要在短短一個(gè)夏天的時(shí)間里，靠著大嗓門來吸引雌蟬，以此完成自己傳宗接代的使命。

完成交配后，雌蟬會(huì)在草莖或樹皮的裂縫中產(chǎn)下數(shù)百枚卵。

正在產(chǎn)卵的雌蟬 圖源BBC earth

之后的幾周內(nèi)，像跳蚤一樣的幼蟲（若蟲）孵化出來并朝著地面墜落，然后鉆入土壤之中。

此后的一年乃至數(shù)年內(nèi)，它們將一直生活在這里，并以地下樹根的汁液為食，為它們?cè)僖淮卧谔炜障铝料嘧龊脺?zhǔn)備。

NO.01

蟬的聲音為什么這么大？

設(shè)想一下，如果你在暗無天日的地下啃了幾年樹根，卻只有幾周的時(shí)間在陽光下找女朋友、交配繁殖，甚至旁邊還有成千上萬名競(jìng)爭(zhēng)者，面對(duì)如此緊迫的軍備競(jìng)賽，每只雄蟬只能玩了命地大叫來獲得雌蟬的青睞。

圖源BBC earth

與大多數(shù)昆蟲產(chǎn)生聲音的方式不同，蟬有獨(dú)特的發(fā)聲結(jié)構(gòu)。

一般我們想到“吵鬧”的昆蟲包括蟋蟀、蟈蟈、螽斯等，它們大多是通過身體兩個(gè)部分摩擦而產(chǎn)生的聲音。

圖源LNZYX/ISTOCK/THINKSTOCK

但蟬不一樣，它們用于發(fā)聲的最常見的結(jié)構(gòu)是鼓膜器官，每一只雄蟬第一腹節(jié)背面和側(cè)面都有一對(duì)，主要由腹部底部的肋狀膜和附著的肌肉組成。

當(dāng)鼓膜被附在上面的肌肉拉動(dòng)時(shí)，會(huì)使身體兩側(cè)的骨骼彎曲，肌肉放松后再回彈，在這一起一伏之間，就發(fā)出了響亮的聲音。

圖源wired

鼓膜肌肉收縮的頻率可達(dá)每秒120~480次，這個(gè)速度足以讓人耳感受連綿不絕的聲樂浪潮。

同時(shí)，雄蟬還擁有一個(gè)空心的、氣球狀的腹部，從而可以放大從鼓膜發(fā)出的聲音，并且隨著腹部氣囊的共振頻率與鼓膜頻率相當(dāng)，我們可以聽到聲音逐漸變得更大。

圖源wired

有時(shí)候?yàn)榱诉M(jìn)一步放大它們發(fā)出的聲音，雄蟬還會(huì)一起合唱，創(chuàng)作一首無與倫比的管弦樂，獻(xiàn)給全世界所有的雌蟬。

除此之外，有些蟬還能揮舞翅膀?qū)⒙曇粢龑?dǎo)到不同的方向，讓雌蟬感受感受什么叫360°環(huán)繞音。毫不夸張地說，蟬的身體不亞于一個(gè)天然的樂器，而演奏者就是它們自己。

NO.02

“啞巴”蟬怎么發(fā)聲？

在全世界三千多種蟬當(dāng)中，絕大多數(shù)的蟬采用鼓膜發(fā)聲，這是蟬總科進(jìn)化出最有效的一種發(fā)聲器官。

也有相對(duì)少數(shù)的蟬發(fā)聲器官與蟋蟀等昆蟲類似，使用前翅后緣和具有發(fā)音齒的后翅前緣相互摩擦發(fā)聲。

而通過鳴叫行為、鳴叫類型、頻率以及時(shí)域特征，很容易對(duì)蟬的種類進(jìn)行區(qū)分，特別是同屬的近緣種鑒別有著奇效。比如兩種在形態(tài)上難以區(qū)分的山蟬，其鳴叫節(jié)律則明顯不同；長(zhǎng)得像雙胞胎的綠草蟬和青草蟬，在鳴叫時(shí)也有著較大的區(qū)別。

因此不同的蟬鳴在蟬聽起來都是不一樣的，這也讓『蟬鳴』成為了其種群間有效的隔離方式——傳聲隔離機(jī)制。

圖源yabai

不過值得注意的是，卡倫尼亞屬（Karenia celatata）下的蟬（Cicadidae，Cicadettinae）既沒有鼓膜，也沒有可摩擦發(fā)聲的器官，因此也被認(rèn)為是“啞巴”蟬，那么它們?cè)撊绾蜗蛲惏l(fā)出呼喚呢？

一只“啞巴”蟬 圖源克里斯蒂安

來自加州大學(xué)戴維斯分校的昆蟲學(xué)家克里斯蒂安·南森和西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院的魏琮教授在他們的研究中回答了這一問題。

“雖然卡倫尼亞屬下的蟬缺乏其他大多數(shù)蟬所特有的鼓膜發(fā)聲結(jié)構(gòu)，但用‘啞巴’來形容具有誤導(dǎo)性，因?yàn)樗鼈兊拇_會(huì)發(fā)出聲音”南森說道。

研究人員借助高光譜分辨率成像技術(shù)拍攝了“啞巴”蟬發(fā)聲所涉及結(jié)構(gòu)，包括前翅、鰓蓋、身體表面十字形的隆起和翅膀根部，結(jié)果都發(fā)生了形態(tài)上的改變。

換而言之，“啞巴”蟬可以通過前翅肋部撞擊鰓蓋來產(chǎn)生聲音，與鼓膜壓縮發(fā)聲和摩擦發(fā)聲相比，這種方式更像是在敲鼓。

注意看翅膀 圖源研究附件

如果將它的聲音加入到蟬鳴隊(duì)伍，就仿佛組成了一支風(fēng)格多樣且聲音洪亮的交響樂隊(duì)。同時(shí)，這種新的敲擊發(fā)聲機(jī)制也用于卡倫尼亞蟬種內(nèi)交流，并能起到鳴叫的作用。

此外研究人員還觀察到，當(dāng)種群內(nèi)第一只雄性開始拍打翅膀發(fā)出聲音后，周圍越來越多的雄性會(huì)加入進(jìn)來，組成大合唱。甚至通過拍手或敲擊竹竿發(fā)出的聲音，也可以觸發(fā)蟬的合唱團(tuán)。

參考文獻(xiàn)：

1.雷仲仁,周堯.蟬鳴特征及其在分類學(xué)上的意義:同翅目:蟬總科[J].昆蟲分類學(xué)報(bào), 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

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作者：魚魚

中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)優(yōu)秀科普作品銀獎(jiǎng)獲得者

清蒸魚頭、麻辣魚頭等各種魚頭愛好者