以下著述开首于科学大院 欧洲杯体育，作家姜慧 王博
蝉鸣算作夏季的符号之一，逆耳的声息可能是通盘虫鸣中最令东说念主烦心的一种了。但莫得蝉鸣的夏季又仿佛是不完满的——这种嗅觉可能不啻中国东说念主有，全宇宙许多所在的东说念主王人会有。蝉科在寰球散布极为平素，其下有逾越 3000 个物种，因此可能寰球大部分生存在热带 - 温带地区的东说念主王人需要妥贴无时无刻的蝉鸣。
自然对咱们来说，蝉鸣是逆耳的，但在虫豸学家耳中却非常各样，犹如"交响乐"一般。"嘒嘒、知了、嗡嗡、鸣鸣、嘶嘶……"，辞别蝉鸣是虫豸学家必修的课程，因为他们需要依靠蝉鸣来对蝉科的成员进行分类毅力。自然，除了用来毅力身份，蝉鸣对蝉自己也具有弥留作用，比如运用蝉鸣识别配偶和退守捕食者等。
你可能不知说念的是，自然蝉是现时最"高声"的虫豸（最高不错发出近 120 分贝的声息），但根据化石商榷，它们的先人却在千里默中渡过了上亿年时光，以至于跟它们一齐生存过的恐龙可能从未听到过它们的声息。
蝉总科物种相片。第二行第一张为螽蝉属于螽蝉科，其余王人属于蝉科 | Marshall et al., 2018
一亿年前，幼蝉的普通地下生存
时期倒流至约一亿年前的白垩纪缅甸热带雨林。富贵的丛林千里浸在一派宁静中，阳光透过树冠纰谬，将斑驳的光影散落在掩盖着苔藓和蕨类植物的湿润泥土上。空气中填塞着泥土和植被的簇新气味，时而传来清脆的鸟鸣声，时而听到微型恐龙低千里而急忙的呼吸声伴跟着穿行时驱驰的活动。
在安心肠表的掩蔽下，丰富的人命活动正在泥土宇宙中暗暗伸开。昏阴森暗的地来宇宙里，大王人蝉幼虫们正安静地千里浸在泥土的柔滑之中。这些约 1 亿年前白垩纪的蝉幼虫呈现出与当代蝉幼虫相似的形态特征，最引东说念主细心标即是它们镰刀状的胫节与扩张扩张的股节相契合变成抓捏结构的特化前足。
蝉蜕前足化石和现生螽蝉和蝉科物种前足 | Jiang et al., 2024
尽管特化的前足让它们看起来非常凶猛，但蝉幼虫并无袭击之心，特化前足仅用来匡助它们领有更强的泥土挖掘才气，愈加妥贴于地下生存。泥土中遍地可见这些蝉幼虫的劳顿效用：表现的正派、雄伟的窠巢，还有变成半月状的千里积物回填体。
左图上方为当代蝉幼虫地下活动模拟实验，下方为虫豸活动古迹化石对比；右图为当代蝉生存周期暗意图 | Smith et al., 2008
此时一只蝉幼虫的特化的前足正微微向内歪斜，在窠巢中轮流地挖掘千里积物并上前出动。一块千里积物被铲向它的头部，并压实成球状团块夹在头部和前腿之间，一个 180 度前滚翻，千里积物被带到了死后，尔后它再用前足将千里积物推向窠巢后方。
周围大部分蝉幼虫此刻正在它们的窠巢里休息或者进食。它们的窠巢频繁诞生在植物的根部隔邻，蝉幼虫用我方口器中的口针刺入植物根的木质部，唇基合作地吮吸其中的汁液用来充饥，体内的共生菌也在卖力帮它们合成所需的养分身分。这些蝉幼虫还将我方的排泄液体变废为宝，用作"好处胶水"黏合泥土，打造出坚固的地下窠巢。
左图蝉幼虫窠巢古迹化石；右图当代蝉窠巢古迹 | Krause et al., 2008
就这么，亿年前的雨林泥土下静谧而祥和，人命以其微小的活动，暗暗谱写着自然的故事。对蝉幼虫而言，时期在地下缓缓流淌，雅雀无声可能就在地下生存了数年。当代的蝉幼虫最长可在地下生存长达 17 年。
约 1 亿年前白垩纪中期缅甸琥珀中末龄蝉幼虫化石。左侧化石相片，右侧显微 CT 数据三维重建 | Jiang et al., 2024
约 1 亿年前白垩纪中期缅甸琥珀中蝉蜕化石 | Jiang et al., 2024
幼虫到成虫的迁徙
跟着夏季的驾临，大地温度的积贮达到某个触发点，从天色渐暗的傍晚直至蟾光柔柔的午夜，蝉幼虫一个个防备翼翼地从大地破土而出，仿佛是自然界经心筹办的一场汜博典礼。蝉幼虫到大地后，便开动寻找相宜之地，准备进行一世中弥留的迁徙，以迈入人命的新阶段。它们的背部外壳开动缓缓裂开，线路重生的、柔滑的成虫躯壳。而重生的成虫则需要用尽全力，缓缓从旧壳中挣脱出来。
经过一段时期的恭候，这些刚完成迁徙的白垩纪成虫终于展现出它们的简直面孔。就在这刹那间，时期仿佛被落下的一滴琥珀定格，琥珀玄妙地捕捉并封存了亿年前的人命场景。紧接着，镜头仿佛又被时期的手轻轻拨动，画面从陈腐的热带雨林穿梭回当代，最终聚焦在实验室显微镜的镜头下。
约 1 亿年前的白垩纪中期缅甸琥珀中成虫蝉化石 | Jiang et al., 2024
在镜头下不雅察，会发现这些成虫与咱们熟习的会发声的蝉科成员并伪善足相通，似乎兼顾了蝉科和其姊妹类群螽蝉科特色。与深广的蝉科家眷不同，螽蝉科仅散布在澳大利亚，包含 1 属 2 种，被以为是蝉科仅存的嫡亲。螽蝉科和蝉科共同构成一个家眷，称为蝉总科（超科级别）。
左图螽蝉，属于螽蝉科 | https://www.inaturalist.org） 右图 Greengrocer 蝉，属于蝉科。（图片开首：Australian Museum）。
螽蝉科的权贵特色是领有一个巨大的前胸背板，前胸背板避讳了绝大部分中胸背板，只线路结尾三角状小盾片。而蝉科成员大多展示出显然的中胸背板，其结尾变成了特有的十字凸起结构。
为了计议琥珀中的这些化石蝉与当代蝉科及螽蝉科之间的关系，中国科学院南京地质古生物商榷所的古生物学家们接收了显微 CT 技巧来对标本进行贯通。这一技巧使商榷东说念主员能够无损地对白垩纪时期以及当代蝉的成虫和幼虫躯壳结构进行详备查验。
南京地质古生物商榷所显微 CT | 实验室吴素萍摄
实验流程是这么的：领先商榷东说念主员将标本抛弃于显微 CT 仪器内，调试好参数后，样品便开动进行 360 ° 的旋转扫描，以赢得一系列 X 光片。接着，运用三维视图软件对这些 X 光片进行重构，最终身成了蝉的 3D 图像，从而网罗了标本一系列丰富的形态特征数据。
琥珀中成虫蝉化石和现生类群显微 CT 数据三维重建 | Jiang et al., 2024
此外，通过翻阅化石家支纪录，商榷东说念主员还赢得了 1.65 亿年前侏罗纪时期蝉亲戚们的形态特征，并将这些数据一同纳入系统发育和形态互异分析，以了解化石蝉与当代蝉科及螽蝉科之间的关系。
1.65 亿年前侏罗纪时期蝉总科化石 | 南京地质古生物商榷所
分析规模标明包含当代蝉科和螽蝉科的两个先人谱系至少在侏罗纪中期就还是分说念扬镳了。这些侏罗纪和白垩纪的蝉化石王人属于蝉总科家眷，其中一些畴昔被以为和螽蝉亲缘关系较近的化石，现时被以为与蝉科关系更近，这大大增多了咱们对蝉科发祥与演化的毅力。跟着蝉总科里面的亲缘关系的梳理和明确，一个令东说念主陶醉的问题表露出来：这些白垩纪时期的蝉先人亲戚们，是否也能像今天的蝉科相通，发出特有而响亮的叫声呢？
一亿年前，蝉还不会发出响亮的鸣叫
当代蝉发出鸣声频繁与腹部饱读膜结构相关。经过显微 CT 检测和化石三维重建，古生物学家发现，这些琥珀中属于蝉总科家眷成员的化石蝉保存了饱读膜结构，且雌性和雄性化石中均有保存饱读膜结构。现有螽蝉科成员和绝大多数蝉科成员也王人具有饱读膜结构。因此，聚积当代商榷规模，这些琥珀中的化石字据解释了具有饱读膜结构是蝉总科家眷的一个早期原始特征，并被代代遗传了下来。那么，这些化石蝉保存有饱读膜结构能否标明它们也具有发出响亮鸣声的才气呢？
现有蝉科中的鸣蝉主若是雄性来发出清翠的声息。雄蝉运用腹部表现的饱读膜肌肉通顺通过表皮内突来牵引饱读膜，甚至膜上头的肋往来鬈曲产生声息。它们的腹部具有共振腔，共振腔像一个自然的音响，进一步放大这些声息，在空气中传播以结束交流。自然鸣蝉还发育了听觉系统，包括听膜、听膜脊和听囊等结构，来合作接收声息。
图片开首：Nahirney et al.,2006
与鸣蝉不同，螽蝉很沉静，不会发出响亮的鸣声。它们也肖似鸣蝉，通过腹部通安产生振动信号，但产生的振动信号则是通过树干树枝等固体基底进行传递，使用腿部感受器接收信号，从而结束交流。尽管螽蝉也有饱读膜和饱读膜肌，但并不表现，况且腹部结巴共振腔。
可见，蝉发出响亮的鸣叫声不仅依赖饱读膜，还要依靠腹部整套发声安装的合作。只是发现饱读膜，并不成确认化石蝉是否能发出响亮的鸣叫。对琥珀中的化石蝉进一步躯壳查验发现，大多数化石蝉并未发现其他与发声和听觉相关的结构，或者显然发育且肖似于当代鸣蝉的结构特征。
显微 CT 数据三维重建，当代蝉与化石蝉腹部结构相比。左边雄性，右边雌性。a. 螽蝉（螽蝉科，当代标本）；b. 夏氏原始蝉（化石）; c. 蟪蛄 （蝉科，当代标本）。（图片开首：修改自 Jiang et al., 2024）
由此古生物学家得出论断，这些生存在约 1 亿年前的白垩纪中期的蝉总科成员可能莫得复杂的发声和听觉安装，无法产生和接收肖似当代鸣蝉的高分贝歌声。它们的调换方式可能与当天的螽蝉愈加相似，躯壳产生振动信号，通过枝桠传递，暗暗地交换心声。
Pranwanna xiai 夏氏原始蝉 | 南京地质古生物商榷所
此外，还有一只小化石蝉"夏氏原始蝉"，节略 1 厘米长，不仅保存了饱读膜结构，还保存了较为表现的饱读膜肌肉和显然的腹部空腔。这一结构，合作其气管、遨游肌等躯壳里面结构被完满地以化石花式保存下来，似乎标明这只化石蝉腹部空腔自己就存在，很有可能具备了共振腔。
夏氏原始蝉化石中器官、遨游肌结构 | Jiang et al., 2024
夏氏原始蝉也代表了现时在白垩纪中期缅甸琥珀中发现的与当代蝉科亲缘关系最为接近的蝉总科成员。这似乎向咱们自满了另一个意旨真义意旨真义的可能性，即在白垩纪中期，一些蝉总科成员可能不错发出比典型的通过固体传递的振动信号更显然的声息。但即便如斯，它的发声和听觉系统王人无法与当代蝉鸣声相失色，恒久照旧无法演奏出像当代蝉那样清翠的鸣声。
中生代丛林中蝉的生存生态场景暗意图 | Jiang et al., 2024；杨定华绘画
到此，通过商榷琥珀化石，科学家们还是将蝉的演化历程大致梳理了出来。关联词当咱们从化石商榷中抬首先来，却又会发现另一个愈加本质的问题：这些存在了上亿年的"交响乐家"们，在当代由于受到城市化快速扩张、植被过度采伐及表象变化影响，其寰球数目正急剧下落（Yang et al., 2023）。能够，当夏季的蝉鸣再次响起时，那不单是是大自然的交响曲，亦然一份良善的邀请——真贵当下，联袂保护，确保蝉的歌声在改日不息震动，而非仅存于咱们的顾忌之中。
参考文件
[ 1 ] Jiang, H., Szwedo, J., Labandeira, C. C., Chen, J., Moulds, M. S., M ä hler, B., Muscente A. D., Zhuo D., Nyunt T. T., Zhang H., Wei C., Rust J. & Wang, B. ( 2024 ) . Mesozoic evolution of cicadas and their origins of vocalization and root feeding. Nature Communications, 15 ( 1 ) , 376.
[ 2 ] Krause, J. M., Bown, T. M., Bellosi, E. S., & Genise, J. F. ( 2008 ) . Trace fossils of cicadas in the Cenozoic of Central Patagonia, Argentina. Palaeontology, 51 ( 2 ) , 405-418.
[ 3 ] Marshall, D. C., Moulds, M., Hill, K. B., Price, B. W., Wade, E. J., Owen, C. L., Goemans, G., Marathe, K., Sarkar, V., Cooley, J. R., Sanborn, A. F., Kunte, K., Villet, M. & Simon, C. ( 2018 ) . A molecular phylogeny of the cicadas ( Hemiptera: Cicadidae ) with a review of tribe and subfamily classification. Zootaxa, 4424 ( 1 ) , 1-64.
[ 4 ] Nahirney, P. C., Forbes, J. G., Douglas Morris, H., Chock, S. C., & Wang, K. ( 2006 ) . What the buzz was all about: superfast song muscles rattle the tymbals of male periodical cicadas. The FASEB journal, 20 ( 12 ) , 2017-2026.
[ 5 ] Smith, J. J., & Hasiotis, S. T. ( 2008 ) . Traces and burrowing behaviors of the cicada nymph Cicadetta calliope: Neoichnology and paleoecological significance of extant soil-dwelling insects. Palaios, 23 ( 8 ) , 503-513.
[ 6 ] Yang, H., Xiang, X., Wu, X., Thompson, J. R., & Flower, R. J. ( 2023 ) . Silent summers: The decline of cicadas. Science, 381 ( 6657 ) , 490-490.
作家：姜慧 王博
作家单元：中国科学院南京地质古生物商榷所
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