蝈蝈化石揭示中生代声学景观的演化

新京报讯（记者张璐）12月13日，记者从中国科学院南京地质古生物研究所（南古所）获悉，科研人员建立了首个化石直翅目形态特征数据库，以中生代的螽斯化石为研究对象，分析了该类群声音器官的形态特征，并重建了其鸣声频率的宏演化历史。

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。由于声学景观无法直接保存在化石记录中，人们对早期声学景观面貌以及动物声音交流行为的起源和演化了解非常有限。

直翅目昆虫是现今多样性最高的鸣声生物，包括常见的蟋蟀、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。

三叠纪螽斯的音齿（上）和侏罗纪螽斯的听器（下）。南古所供图

科研人员重建了中生代螽斯的鸣声频率。研究团队检视了各地馆藏的直翅目化石标本，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。对南非和哈萨克斯坦标本研究发现，早在三叠纪中期螽斯就已经可以发出高频的鸣声（12-16kHz）,这也是整个动物界最古老的高频声音记录。

进一步的数据库分析表明，中生代螽斯已经演化出极高的声音频率多样性，并已经具有明显的声学生态位分区现象。声学生态位分区的出现，可以极大地降低声音交流时其他声学信号的干扰，提高声音交流的效率。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。

科研人员还发现了最古老的昆虫听器和复杂声学行为。他们在侏罗纪鸣螽化石中发现了保存精美的听器。无论是在大小、位置还是在结构上，它们和一些现生螽斯（例如鸣螽、沙螽）的听器几乎一样。它们分别位于一对前足的后侧和前侧，由内部椭圆形的硬质鼓膜板和包围在其外侧新月形的软质鼓膜组成。这种结构表明其可能以硬质的鼓膜板为支点，形成杠杆结构以大大地提高声波的传导效率。综合鸣器和听器的证据表明，早在侏罗纪，雄性螽斯间的复杂声学行为（争斗和领地行为）已经出现。

侏罗纪螽斯的生态复原图。杨定华绘制

研究结果揭示了中生代螽斯的声学行为的演化，为昆虫和早期哺乳动物的声学共演化假说提供了证据，也为动物的声学演化机制和中生代的声学景观提供了新信息。相关研究成果于2022年12月13日在线发表于《美国科学院院报》（PNAS）上。

编辑 白爽

校对 刘军