蟄伏地下幾十個月，一開口就驚艷了我整個夏天

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夏天的時間里，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，為它們再一次在天空下亮相做好準備。

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爭者，面對如此緊迫的軍備競賽，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，主要由腹部底部的肋狀膜和附著的肌肉組成。

當鼓膜被附在上面的肌肉拉動時，會使身體兩側(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每秒120~480次，這個速度足以讓人耳感受連綿不絕的聲樂浪潮。

同時，雄蟬還擁有一個空心的、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，我們可以聽到聲音逐漸變得更大。

圖源wired

有時候為了進一步放大它們發(fā)出的聲音，雄蟬還會一起合唱，創(chuàng)作一首無與倫比的管弦樂，獻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中，絕大多數(shù)的蟬采用鼓膜發(fā)聲，這是蟬總科進化出最有效的一種發(fā)聲器官。

也有相對少數(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、頻率以及時域特征，很容易對蟬的種類進行區(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；長得像雙胞胎的綠草蟬和青草蟬，在鳴叫時也有著較大的區(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，因此也被認為是“啞巴”蟬，那么它們該如何向同類發(fā)出呼喚呢？

一只“啞巴”蟬 圖源克里斯蒂安

來自加州大學戴維斯分校的昆蟲學家克里斯蒂安·南森和西北農(nóng)林科技大學植物保護學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，因為它們的確會發(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伍，就仿佛組成了一支風格多樣且聲音洪亮的交響樂隊。同時，這種新的敲擊發(fā)聲機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加入進來，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。

參考文獻：

1.雷仲仁,周堯.蟬鳴特征及其在分類學上的意義:同翅目:蟬總科[J].昆蟲分類學報, 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：魚魚

中國科普作家協(xié)會優(yōu)秀科普作品銀獎獲得者

清蒸魚頭、麻辣魚頭等各種魚頭愛好者