世界即时：顺着化石，他们还原出2亿年前蝈蝈嗓门有多高

科技日报记者 张晔

化石就像一块无字天书，为我们打开了一扇窗口，一窥远古时期动植物的模样和生态环境。但是，声学景观无法直接保存在化石中，我们对动物声音的起源和演化了解非常有限。

12月13日，《美国科学院院报》（PNAS）在线发表了一项中国科学院南京地质古生物研究所的成果，科研人员对全球各大博物馆1000多块螽斯化石进行研究，重建了其鸣声频率的宏演化历史，发现在2.4亿年前的三叠纪，螽斯可以发出高达12—16kHz的鸣声，这也是整个动物界最古老的高频声音记录。

(资料图片)

侏罗纪螽斯的生态复原图。

如何通过化石还原远古的声音

声音交流是动物最重要的通讯方式之一，对动物的生存具有非常重要的意义。声音交流通常被用于求偶、交配、捕食和躲避天敌等行为中，这也构成了现代生态系统中纷繁复杂的声学景观的一部分。

直翅目昆虫是现今多样性最高的鸣声生物，包括我们常见的蟋蟀、螽斯、蝗虫等。其中螽斯（俗称蝈蝈、纺织娘）可以利用前翅间的相互摩擦发出声音，依靠前足的听器（鼓膜）接收声音信号。螽斯在中生代非常繁盛，因此是动物声学演化研究的一类理想类群。

中国科学院南京地质古生物研究所的博士研究生许春鹏在王博研究员和张海春研究员的指导下，从世界各地的博物馆检视了1000多块直翅目化石标本，并找出100多块有研究价值的标本，建立了螽斯化石的关键形态特征数据库，并根据生物物理模型，对中生代螽斯的鸣声频率进行了系统重建。

“蝈蝈可以利用前翅间的相互摩擦发出声音，位于臀区的前翅分布有小齿结构，用以摩擦发音，因此又称为音齿。” 许春鹏介绍。

有发音器就有听器（耳朵）。蝈蝈的听器在腿上，它的前足有一对鼓膜，可以接收声音信号。

三叠纪螽斯的音齿（上）和侏罗纪螽斯的听器（下）。

在此之前，已有科学家建立了现生螽斯鸣声频率与音齿的模型，通过对比发现，中生代的螽斯化石声音器官的形态特征与现生螽斯基本一致，这也为后期研究奠定了基础。

通过对南非和哈萨克斯坦标本研究发现，早在2.4亿年前三叠纪中期，螽斯就已经可以发出高频的鸣声（12-16 kHz），这也是整个动物界最古老的高频声音记录。

“现生的螽斯（蝈蝈）的叫声频率大概在1—9kHz之间，我们人类的听力范围是0.02kHz到20kHz之间，但是据我了解，大部分成年人不一定能听到高于14kHz的声音，因此这些高频的声音对我们来讲很难有一个直观的感受。”许春鹏说道。

动物听力范围（上）、现生和中生代螽斯的鸣声频率分布（下）。

大嗓门的蝈蝈为何被淘汰

中生代时期螽斯非常繁盛，它们就像不知疲倦的“歌唱家”，从清晨唱到夜晚。在此起彼伏的鸣叫声中，它们宣示领地、寻亲访友、求偶繁衍。那个时期，地球上似乎还没有哪个动物的“歌声”比它更嘹亮。

但是，这样的大嗓门也为螽斯引来麻烦。

许春鹏研究的化石标本主要分为两类，一种是哈格鸣螽科，另一种是鸣螽科。通过统计学分析，他们发现在早中侏罗世，螽斯类群发生了明显的类群转换现象：原本占据主导地位的哈格鸣螽科昆虫开始衰落，鸣螽科昆虫开始崛起。

许春鹏分析认为，哈格鸣螽科昆虫的鸣声频率在4—16 kHz近乎均匀分布；鸣螽科昆虫的鸣声频率显示为双峰分布（主要位于4—8kHz和12—16kHz两个范围内）。高频鸣声有利于躲避捕食者的探查，但传播距离较近；低频鸣声则恰好相反，虽易被探查，却能够传播更远的距离。最终，具有“更高的声学能力”的鸣螽科取代了哈格鸣螽。

而中生代螽斯这种极高的声音频率多样性表明，在同一时代的生态系统中，已经具有明显的声学生态位分区现象。“声学生态位的分区就像是我们的收音机一样，不同的频道占据不同的频率，他们之间互不干扰。”许春鹏说，声学生态位分区的出现，可以极大地降低声学交流时其他声学信号的干扰，提高声学交流的效率。高效的声学交流能力很可能是中生代早期螽斯辐射演化的驱动因素之一。

因此，研究人员推测，高效的声音交流能力很可能是中生代早期螽斯辐射演化的驱动因素之一。

穿越时空感受中生代的声学景观

在现代生态系统中，声学景观纷繁复杂。

许春鹏为记者展示了一个静态视频，这是葡萄牙的一处森林，我们可以听到其中的各种声音，能辨认出有鸟类的叫声、昆虫的叫声以及青蛙的叫声等声音。

“在现代陆地生态系统的声学景观中，热带地区由昆虫和青蛙的叫声占据主导，而在温带地区，鸟类的叫声更为丰富。”许春鹏说，但是他们研究发现，中生代声景与现代完全不同。

在三叠纪时期主要由昆虫尤其是螽斯的鸣声占据主导；早侏罗世青蛙和晚侏罗世鸟类的出现带来了新的声音；但一直到白垩纪时期，森林中的声学景观才接近现代。总之，随着各类鸣声动物类群的辐射演化，中生代陆地生态系统的声学景观面貌逐渐复杂化。

动物声学演化事件。

与其他脊椎动物相比，现生哺乳动物具有更高频的听力范围和更灵敏的听觉能力。但是在爬行动物占据主体生态位的中生代，原始的哺乳动物比较弱小。它们多为夜行的小型食虫类，很可能利用声音进行定位猎物和侦查捕食者。而善于鸣叫、体型硕大的螽斯可能为早期哺乳动物提供了理想的食物来源。

许春鹏认为，中生代螽斯在早-中侏罗世发生了一次明显的类群更替（从哈格鸣螽科主导转为鸣螽科主导），时间上恰好对应了早期哺乳动物的辐射事件，并伴随其听觉能力的提高。因此，早期哺乳动物很有可能对螽斯的演化产生了定向选择作用，促进了哈格鸣螽科昆虫的衰落以及声学通讯能力和飞行能力更强的鸣螽科昆虫的崛起。反之，螽斯高频声音的出现可能也促进了早期哺乳动物听觉能力的提高。

（图片由受访者提供）

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