1億年前的蟬可能不“吵”

沈春蕾

夏日午后的蟬鳴擾人清夢，然而在大約1億年前，那時的蟬可能無法響亮地鳴叫。

中國科學院南京地質古生物研究所（以下簡稱“南京古生物所”）的科研人員與多國學者合作，對化石和現存蟬總科類群的解剖學特征進行了分析，發現早期的蟬可能無法發出響亮的聲音。他們還報道了已知最早的蟬總科末齡幼蟲化石。相關研究成果近日發表于《自然-通訊》。

“這是一項很有意思的研究，對我來說還有點‘追星成功的感覺。”論文第一作者姜慧說，“澳大利亞悉尼大學教授大衛·埃默里將僅存于澳大利亞的現生螽蟬標本贈予我進行研究。一些此前經常在文章中出現的‘大咖成為我的合作者，一起完成了研究。”

早期演化歷史知之甚少

蟬，俗稱“知了”，是較為常見的昆蟲，其鳴叫聲頗具特色，時常出現在夏日午后。

姜慧介紹，現生蟬總科包括兩個科——全球廣泛分布的蟬科和孑遺于澳大利亞的螽蟬科。最早的蟬總科化石發現于2.5億年前至2億年前的三疊紀地層，中生代（包括三疊紀、侏羅紀和白堊紀）蟬總科化石較為豐富，但是多為保存在巖石中的翅膀標本，因此學術界對蟬總科身體形態特征和幼蟲特征的了解較少。

目前，學術界對蟬總科的早期演化歷史，特別是其古生態習性，知之甚少。

在南京古生物所研究員王博、張海春的指導下，姜慧利用光學顯微鏡、計算機斷層掃描成像技術等，總結分析了中生代蟬總科化石記錄，并重新檢視了保存有完整身體結構的化石以及現生螽蟬科和蟬科的解剖學結構。

研究發現，中生代蟬總科化石包含了蟬總科、螽蟬科和蟬科的干群。先前歸入螽蟬科的一些中生代化石，在系統發育關系上可能更接近現代蟬科。據此，研究人員推測，現代蟬科和螽蟬科的兩個譜系至少在中侏羅世就已經出現分化。

昆蟲化石分類通常依賴于保存下來的部分形態特征。“我們對蟬成蟲和幼蟲的局部結構進行了形態空間分析，發現蟬科化石中高度特化的同源結構可能包含了先前被忽略的過渡特征。”姜慧說。

研究結果初步闡明了蟬總科化石系統發育關系及其形態和生態習性早期演化歷史，重建了化石和現生蟬總科類群的系統發育關系。

螽蟬不發出鳴叫聲

研究發現，聲音信號是許多動物傳遞信息的重要手段。

“現生蟬總科類群能夠發出昆蟲中最響亮的聲音，最高可達120 分貝。通常，雄性鳴蟬利用發達的鼓膜肌牽引鼓膜來回彎曲以產生聲音，而腹部作為共振腔可以放大聲音。”姜慧說。

螽蟬雖有鼓膜和鼓膜肌，卻并不發達，且缺乏共振腔，因此不發出鳴叫聲，而是通過傳輸振動信號交流。兩種截然不同的信號傳遞機制，引發了研究人員對蟬類發聲結構及其行為演化的推測。

姜慧介紹：“我們在蟬總科化石中首次發現了鼓膜結構。”研究發現，鼓膜結構存在于所有蟬總科干群中，且雌性和雄性均保存有鼓膜結構。因此，鼓膜結構代表了蟬總科的一個祖征。

化石分析研究表明，白堊紀中期（約1 億年前）的蟬可能沒有復雜的發聲和聽覺器官，無法發出響亮的聲音，它們可能像現代螽蟬一樣通過基質傳遞振動信號進行交流。

研究團隊還發現了白堊紀中期蟬總科末齡幼蟲和蟬蛻化石，這是目前已知最早的蟬總科末齡幼蟲化石記錄。它們有與現代蟬幼蟲相似的前足，鐮刀狀脛節與擴張膨大的股節契合形成抓握結構，這表明它們具有強大的土壤挖掘和運輸能力，可能演化出了與現代蟬幼蟲類似的地下生活習性。

“我們發現化石幼蟲具有明顯增大、膨脹的前唇基和后唇基，且兩側肌肉痕明顯。此外，它們還有長刺吸式口器。”姜慧說，這與蟬總科現生類群的唇基和口器形態相似，表明它們極可能已經演化出強大的食竇肌，能夠克服負壓刺穿植物的木質部導管，以吸取木質部汁液為食。

一次很棒的國際合作

姜慧從南京古生物所取得博士學位后，前往國外從事博士后研究。這些年來，她一直在研究蟬化石材料。

“它們生活在1 億年前，保存至今的概率非常小，有機會研究它們是很幸運的事情。”姜慧說。

“研究中，我們需要學習多學科知識，使用先進的科學儀器，參與廣泛的合作。”姜慧說，以上述研究為例，研究中使用的僅存于澳大利亞的現生螽蟬標本，是她在自然愛好者網站上結識的大衛·埃默里教授贈予的。這讓姜慧對現存螽蟬結構有了更清楚的認識。

“現生螽蟬只有1 屬2 種，相關研究資料比較少，大衛·埃默里教授提供的標本很好地解決了現生螽蟬成蟲和幼蟲形態不明的問題。”姜慧透露，“我們也以大衛·埃默里教授的姓氏命名了一塊蟬化石，以表感謝。”

文章來源：《中國科學報》

（責任編輯：吳宇）