蝉,盛夏的“潜伏者”

来源:北京日报 作者:郭梅 时间:2018-08-03
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幼虫期的蝉


商代青铜器上的蝉纹。

国家博物馆藏青铜蝉纹鼎(清)。

沫蝉

角蝉

象鼻蜡蝉



郭梅

夏日炎炎,树叶如冠,蝉鸣阵阵。不少人对蝉厌恶至极:外形丑陋,聒噪不已。殊不知,没有蝉鸣的夏天是不完整的。一只蝉从幼虫羽化而来,需要在地下蛰伏几年甚至十几年,才能破土而出飞上高枝,寿命也只有一夏而已。

1.

无蝉不夏天

“池塘边的榕树上,知了在声声叫着夏天……”这句耳熟能详的歌词勾起了很多人童年的回忆,歌词中提及的“知了声”,相信也是人们记忆中夏天的组成之一。

蝉属于同翅目蝉科,全世界已知约3000种,我国有200种左右,它们在自然界出现的时间长短不一。最常见的蚱蝉,是蝉科昆虫的代表种,俗称“知了”。其幼虫期又被称为“知了猴”“结了龟”或“蝉龟”等,为同翅目蝉科体型最大的。

“居高声自远,非是藉秋风。”蝉鸣是炎热夏季的背景音,自古以来就以“洪亮”而闻名,这要归功于它肚子上的膜发生器。昆虫学家发现,雄蝉腹部下方有一对白色的半圆形音箱盖,腹部里有鼓膜、发音肌、褶膜和镜膜,还有一个空壳的共鸣室。当它“唱歌”时,先收缩发音肌,使富有弹性的鼓膜尽量往里拉,然后发音肌迅速松弛下来,鼓膜恢复原状。就这样,发音肌在收缩与扩张之间,鼓膜随之凹凸,这种连续不断的机械运动最后就会产生声波振动。当声波传到腹部的褶膜和镜膜时,通过发音肌收缩的快慢调节鼓膜发出音调的短长。当声波与空气一起通过共鸣室时,声音就被放大。这时,音箱盖也会随着声波振动而抑扬顿挫。

在人类听来没什么变化的叫声,蝉的世界里却有三种意思表达:集合、求偶和受到惊吓。有人测试过,每只雄蝉在寻求配偶时发出的鸣叫声,高达80分贝至100分贝,这相当于一个运转着的汽车发动机或剪草机的噪声。虽然聒噪得令人心烦,但人类对这种噪音毫无办法。美国昆虫学家克雷格•吉布斯曾笑言,“这是雄蝉寻找伴侣时发出的呐喊,人类耳中的噪音,在它们听来却是爱的呼唤。”

并不是所有的蝉发出的都是“知了知了”的声音,像北美蝉的声音为有节奏的滴答声或呜呜声,好似鸟儿在歌唱一样。每当蝉在树枝上引吭高歌时,它那尖细的口器就会刺入树皮吮吸树汁,两不耽误。

夏天,雌蝉产卵后一周内即死去。靠吸食树根汁液吸取营养的卵,一个月左右就会孵化成幼虫,它们起初会待在树枝上,但秋风吹过便落到地面上,然后就会本能地寻找柔软的土壤往下钻,一直钻到树根边,以刺吸式口器吸食树根液汁度日。每当春暖花开时,幼虫即向上移动,吸食植物根的汁液;冬天到来后,它们便又钻入土壤深层,以此避寒。如此往复,它们要在黑漆漆的洞穴中经过漫长的若虫期,一般会存活几年以上,有的种类甚至可活十几年,可谓是昆虫中的“寿星”。

虽然它们很少在阳光下生活,几乎一生都“潜伏”在黑暗的地下,但它们又具有很强的趋光性,傍晚时分在树旁燃起火堆,同时敲击树干,蝉就会出现在火旁,很多捕蝉人会利用这一特性将其活捉。

2.

两大谜团至今无解

蝉爱“唱歌”,那它能听到自己的歌声吗?貌似简单,但至今无解。

早在100多年前,法国著名昆虫学家法布尔在《昆虫记》中说“蝉是个‘聋子’”,甚至直至上世纪80年代的小学语文教科书《蝉》一文中也沿用了这个说法。为了验证此观点,法布尔曾做过一次实验,他在树下打响了土枪,声似霹雷,可是树上的蝉丝毫未动,照样唱个不停。但近些年来,许多昆虫学家提出质疑,他们解剖后发现,蝉两侧腹室的外缘各有一个凸起的听囊,腔内约有1500个听觉单元。当外界声波刺激听膜振动时,听神经细胞产生兴奋,其神经冲动沿听神经传入大脑的听觉中枢,产生相应的听感觉。雌蝉的听膜虽比同种雄蝉小,但听脊却明显大,这比听膜对声音的敏感性更高,因此证明雄蝉并不是“聋子”,只不过听觉不如雌蝉罢了。

但随后科学家在研究中发现,雄蝉的褶膜、镜膜和腹腔膜既是接受声波的听膜,又是鸣声的辐射膜,相当于老式的收录机,不能同时使用收、录两种功能。也就是说,雄蝉是“半聋”,即静止时能听到声音,鸣叫时却是什么也听不到。但由此又有新疑问出现,因为蝉具有群鸣的习性,大家一起叫、一起停,节奏十分整齐,显然它们是需要听到同伴的声音后才能参加“合唱”,这样一来,说雄蝉的镜膜既是听膜,又是扩音膜就不可理解了,有待科学家进一步证实。

雌蝉一定是“哑巴”吗?这也是难以解释的第二个谜。大多数观点是,雌蝉身体的乐器构造不完全,不能发声。但如果是这样的话,雄蝉又听不到自己的鸣叫,如何能吸引远处的雌蝉呢?因此有科学家认为,雄蝉“歌唱”时能召唤到方圆1000多米内的异性,当它们的距离飞近后,雄蝉不断发出特有的低音量“求爱声”,与此同时,雌蝉也会低声回应,才能“恋爱”成功,只不过这种低音是人类无法捕捉的。但蝉们是否真是这样“喃喃低语”呢?尚不得而知。

3.

最长能在地下“潜伏”17年

“四年黑暗的苦工,一月日光中的享乐,这就是蝉的生活。”法布尔这样描述蝉的一生。

的确,蝉算得上昆虫界的传奇,尤其是美国东部地区出现的“周期蝉”。它们在若虫时期就在地下几尺深的地方“潜伏”,靠吮吸树根汁液为生,十三年或者十七年之后,当地面温度达到18摄氏度以上,数以亿计的蝉就像听到了集结号一样,陆续破土而出,爬上树蜕皮鸣叫,开始求偶繁殖。一个月的繁衍期过后,这些蝉便逐渐死去,而后代会继续蛰伏于地下,等待下一个轮回。绝大多数的昆虫只有一年或更短的生命,大部分蝉生命为3年至9年,而这种蝉的生命长度是13年或者17年,绝对算得上是昆虫界的异类。

美国康涅狄格农业实验所昆虫学家梅尔从1979年开始到2013年,三度研究“十七年蝉”。他介绍,2030年将会再次出现新一波蝉,到时他已经81岁了。难怪有人说,在美国可以用“周期蝉”来为自己的生命计时,它的每一次造访基本契合了人从青年、壮年到老年的人生轨迹。

现存的“周期蝉”族群分布于美国15个州,每个群“造访”时间只是内部同步,群之间是相互错开的。从2012年到2017年,每年都有一种“十七年蝉”出现。2013年夏,北卡罗来纳州就遭到过一次“十七年蝉”的造访,当地居民的房子上和院子里到处是这种黑乎乎的家伙,人们出门不得不打伞躲避一阵阵的“蝉雨”。科学家称,他们并不知道到底有多少“潜伏者”,粗略估计大概有上亿只蝉随时会瞪着鼓鼓的红眼睛从地下爬上来。虽然听起来像恐怖电影里演的生物入侵,但它们是无害的,既不伤人又不会破坏其它生物,顶多就是遭到它们吸食的植物会变得比正常状况略微稀疏单薄,一般不会枯萎死去。

别看“十七年蝉”每次都是“蝉海出行”,其实它们很脆弱,因为飞行速度慢,天敌非常多,数量庞大是它们幸存的关键因素,据说雌蝉一次产卵可达上千个。在漫长的地下生活中,幼虫利用粪便建造防水房间,可以保证自己不被大水冲走。尽管如此,还是有大约98%的蝉在出土孵化前已被毁灭,为土壤提供大量的氮元素。过去“十七年蝉”入侵时,每英亩地面数量可达150万只,正因如此,鸟类才不可能全部将其吃光,幸存者得以继续繁殖。

这些昆虫为什么会遵循固定的时间规律?在2012年出版的一期《美国博物学家》杂志上,美国两位科学家发表了一篇文章讨论“周期蝉”的蛰伏时间,他们调取了1966年至2010年北美所有鸟类的种群统计表,选择其中15种可以被称为“周期蝉”天敌的鸟类,制作了一张鸟类随年份变化的种群数量曲线,发现这个变化和“周期蝉”的生命周期几乎完全重合。也就是说,“十七年蝉”附近的鸟类种群数量变化正好也是十七年,在蝉出土的当年,鸟类种群数量达到最低点,然后迅速增加,等下一个十七年到来时再度达到最低。可以理解为,蝉17年的地下蛰伏不过是一种躲避天敌保证自身繁衍的应对之策。但为什么会产生这种现象,两位科学家尚未有定论,只是提出一种假说,即大量“周期蝉”出土时给周围土壤组成带来巨变,从而影响到整个生态系统的构成,最终导致鸟量同时产生了骤降。

日本京都大学的研究人员对7个“周期蝉”种进行了RNA测序,有证据表明,每组“十七年蝉”与其最近的近亲“十三年蝉”都发生过杂交。尽管如此,在长达20万年的时间里,这些蝉依然维持了各自不同的生命周期,研究人员无法给出精确的遗传学解释。未来还将对它们做进一步的全基因组测序,以了解其演化过程中如何维持不同的生命周期。

除了美国,世界其他地方还未发现“周期蝉”的存在。事实上,早在美国大陆有人定居开始,人们对蝉就有过记录,但直至今天,这种据称是地球数量最为庞大的昆虫仍是谜一样的存在,为什么它能在地下生活那么久,是如何精准计算出土时间的,为什么会选择这一地区蛰伏……这些疑问都有待科学家来破解。

4.

尚蝉习俗自古有之

虽然多数现代人对蝉并无好感,但在中国文化中它是一个重要的角色。

上世纪八十年代,考古人员发掘了辽宁东沟后洼遗址,属于新石器时代的22件石雕人像和动物像穿越了约6000年的时光走进现代社会,其中就有一件滑石雕刻蝉形坠,中有穿孔,应是人随身佩带的坠饰,这是我国发现得最早的蝉形石雕。考古人员认为,在早期恶劣的生存环境下,这些小雕饰不仅用于审美,更多的可能是寄托了先民的崇拜。

不仅如此,考古人员在多地发现的新石器时代、商周时代墓葬中,蝉形石雕、玉雕不在少数。尤其是商代中期至西周初期的青铜器上,蝉纹形象广泛用于鼎、爵等祭祀所用容器中,且特征明显:大目,近似长三角形的体型,腹有横状条纹,有的有足,有的近似于蛹。江西新干大洋洲商墓中,曾出土了一件长约70厘米的条形青铜大刀,两面近脊处分饰11组首尾相接的蝉纹,十分罕见。琮是上古时代玉制礼器中最重要的一种,出土量不多,一般出自大型祭坛或权贵墓葬。在著名的殷墟妇好墓中,共出土14件玉琮与琮形器,其中一半雕有形象生动的蝉纹。这都说明先民已形成了对蝉的崇信与希冀,而这多与其“死而复生”的寓意有关。

不仅如此,蝉还入诗入画,是文人墨客笔下的常客。

《诗经》和《楚辞》是我国古代诗歌的两大源头,其貌不扬的蝉却早早地“小露锋芒”。《诗经•七月》中有“四月秀萎,五月鸣蜩”;《楚辞•招隐士》中也有写蝉,尽管只是纯粹的写物,并没有寄托情感或运用修辞效果。而晋人郭璞的《蝉赞》大约是最早颂扬清洁的咏蝉诗之一,“虫之清洁,可贵唯蝉,潜蜕弃秽,饮露恒鲜”。此后的诗文大多以此为宗,树立了蝉出污不染、饮露不食的高贵姿态,因而古人对它特别偏爱,蝉也成为许多文人大夫自诩的人格象征。汉魏后,咏蝉的诗词增多,像曹植的《蝉赋》以写蝉来感叹生世,就是其中的名篇;而到了唐代则达到了顶峰,出现了“咏蝉三绝”,即虞世南的《蝉》、骆宾王的《在狱咏蝉》以及李商隐的《蝉》,托物言志,这里的蝉已经超越了昆虫本身,作者为其赋予了人类高尚的灵魂。与“咏德”相比,“咏声”的作品更是不少,如白居易《答梦得闻蝉见寄》:“人貌非昨日,蝉声似去年”;贾岛的《风蝉》,“风蝉旦夕鸣,伴叶送新声”,在思想内容上侧重惜时光、痛别离、苦远游、感身世等几类,更为丰富多彩。

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小昆虫或懂计算数字

据英国媒体报道,有专家称,虽然昆虫的大脑极小,但可能与个头较大的动物一样聪明,甚至有意识。

伦敦大学玛丽女王学院和剑桥大学的科学家称,根据计算机模拟显示的结果来看,昆虫大脑里的神经回路可令昆虫产生意识。昆虫大脑模型显示,完成一次简单的计算过程仅需几百个神经细胞的活动,而几千个神经细胞的活动足以使高级动物具有意识。可见,昆虫的大脑要胜过一个智能化的“活生生的机器人”。

伦敦大学玛丽女王学院心理研究中心的拉尔斯教授在《当代生物学》杂志发表文章称:“脑容量较大的动物未必聪明,我们知道动物个头的大小是预测其脑容量的一个最佳方法,然而和现在流行的观念相反,我们不能根据动物的脑容量来预知它们的智能行为能力。通常我们在脑容量较大的大脑中没发现更复杂的状态,仅仅看到相同的神经回路在反复、连续不断地重复。这可能会给大脑中记忆的图像或声音添加细节,但不会增加任何的复杂程度。使用计算机模拟可以看出,在许多情况下较大的脑容量可能相当于较大的硬盘,但未必是较好的处理器。”

动物之间的脑容量差别很大。鲸鱼的大脑重达9公斤,有2000亿个神经细胞。人脑重量介于1.25公斤至1.45公斤之间,估计有100多亿个神经细胞,每天能记录生活中大约8600万条信息。相比之下,蜜蜂的脑重量仅有1毫克,其神经细胞也不足百万个。但科学家指出,许多脑容量的差异仅存在于特殊的脑区。

研究表明,较大的动物也许需要较大的脑容量,因为有更多的东西需要控制,如使大块肌肉运动就需要更多的神经。通过对昆虫大脑的研究,科学家表示,使用非常有限的神经细胞便能进行大量的“高级”思考,小小的昆虫有可能会懂得计算数字,不要以为脑袋大就聪明。

不可不知

蝉家族中的“明星”

说起蝉,很多人的脑海里就与黑乎乎的肉虫子挂钩。其实并非如此,蝉中也不乏有“颜值”,有“才华”的。

“跳高冠军”沫蝉:因其幼虫总是被包裹在泡沫中,故而得名。最近的研究表明,沫蝉已经取代了跳蚤的地位,成为自然界新的“跳高冠军”。当遇到天敌时,沫蝉能在一毫秒的时间内释放全部能量,身长只有6毫米的虫子跳跃高度可达70厘米,相当于一个正常人往上跳200米。这得益于沫蝉后腿内侧长有大量肌肉,好似一张弹弓。

“伪装高手”角蝉:它的角不像兽类那样从头骨里长出来,而是由胸部的前胸背板形成的。不同种类的角蝉,角的式样也有所不同。当高冠角蝉停栖在枝条时,头上的“高冠”会让人误以为是一截枯枝;三刺角蝉落在长有棘刺的树木上,它那根向后伸出的刺混在其中,令人难辨真伪。此外,这些貌不惊人的小虫还会打“配合”,几只、十几只角蝉同时停栖在一根枝杈时,它们会等距排开,看上去像是真正的树杈,轻易地就会骗过敌害,保护自己。

本版供图/视觉中国

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