侏罗纪森林的声音，或许是这样的
侏罗纪森林的声音，或许是这样的
研究人员重现远古昆虫奏响的声声合鸣
网飞（Netflix）由史蒂文·斯皮尔伯格监制的新剧集《恐龙》中，萦绕在侏罗纪森林里的啾鸣与颤音，并非全是好莱坞音效设计师的凭空想象。其中一部分声音，是根据距今1.65亿年的昆虫翅膀化石还原而来的。
如今，这套音效背后的研究成果已发表在《美国国家科学院院刊》上。科学家结合保存精美的化石翅膀、现生昆虫实验、计算机模拟与机器学习技术，重建出了他们口中的中侏罗世局部声景。如果这次重建结果准确，其中一种昆虫的鸣叫声将成为已知最古老的动物超声波通讯证据——其出现时间远早于具备回声定位能力的蝙蝠。
“读起来非常有意思。”丹佛大学行为生态学家Robin Tinghitella说道，她的研究方向是蟋蟀通讯的演化，并未参与这项工作。“光是想到能亲耳听到论文中构建出的这套假想远古声景，就觉得太酷了。”
声音本身自然无法形成化石。但在蟋蟀与螽斯（又称灌丛蟋蟀）体内，部分发声结构却能保存下来。这类昆虫的一片前翅上有一条锯齿状翅脉，也叫“音锉”，上面排布着细小的齿状突起。当另一片翅膀上的刮器划过这些突起时，翅面的部分区域发生振动，便产生了声音。这些突起的长度、间距，再加上振动区域的翅面大小，都能为推断鸣叫声的音高与结构提供线索。
在这项新研究中，研究人员分析了来自9个物种的20块化石，这些物种曾生活在如今内蒙古地区、大致相同时期的同一片环境中，这让研究团队得以构建出共存于同一侏罗纪生境的昆虫类群。科学家首先在现生蟋蟀、螽斯及其近缘物种上验证了他们的生物力学模型，用激光测量翅膀的振动情况。随后，他们将经过验证的模型应用于化石翅膀，并将结果与根据现生昆虫推算出的鸣叫频率做比对。机器学习技术则用于估算这些已灭绝昆虫重复基础发声单元的速率。
多数侏罗纪昆虫物种的颤鸣频率相对较低，和如今很多蟋蟀的鸣叫声相近。超声波通讯在现生螽斯中十分普遍，但它的演化起源一直难以确定。研究发现，一种名为Sigmaboilus peregrinus的螽斯近缘物种，其鸣叫频率在20至22千赫兹之间——刚好超出人类听觉的上限。
重建出的很多鸣叫声还有一个特点：频率范围异常狭窄，也就是纯音。“纯音就是像乐音一样的声音。”林肯大学感官生物学家、该研究的核心研究者之一Fernando Montealegre-Zapata说道。对人耳而言，那些可被听见的鸣叫声听起来像是清亮尖锐的哨音或是电子蜂鸣声，以类似蟋蟀的节奏重复响起，而非如今部分昆虫发出的沙哑嗡鸣或嘶嘶声。这类鸣叫会将绝大部分能量集中在极窄的频段内。
这种特性或许能帮助昆虫在嘈杂的夜间声景中完成通讯，同时让捕食者更难定位它们的位置。“你能听见蟋蟀在叫，但试着找找它在哪。”Montealegre-Zapata说，“你根本找不到。”
这一可能性为研究结果增添了演化层面的新解读。通常认为，蝙蝠是推动昆虫演化出超声波通讯的主要驱动力，但蝙蝠直到约1亿年后才出现。研究人员因此提出，早期哺乳动物或类哺乳类捕食者，或许早已开始窃听昆虫的求偶鸣叫声。“这个想法完全说得通。”Tinghitella表示，“会偷听昆虫叫声的物种可太多了。”
Montealegre-Zapata与同事构想了一场远古的声学军备竞赛：随着早期哺乳动物及其近缘物种定位鸣虫的能力越来越强，自然选择会更青睐音调更纯、频率更高的鸣叫声，而昆虫自身的听觉系统也会同步演化。不同物种为争夺干净无干扰的频段而产生的竞争，又带来了另一重选择压力，最终让侏罗纪的夜晚划分出了不同的声学生态位——有些物种贴近地面鸣叫，有些则在植被高处发声。
这项声景重建也存在局限。Tinghitella指出，化石解剖结构能揭示昆虫鸣叫的音高与基础音色，却无法还原鸣唱的节奏与时间模式，而后者“对鸣虫的通讯行为至关重要”。鸣唱模式由神经系统与翅膀运动控制，这两者都无法在化石中保存下来。
尽管如此，这些已灭绝昆虫的化石依然带来了非同寻常的信息。绝大多数恐龙依靠软组织器官发声，这类结构极少能形成化石，因此它们的叫声更难被重建。
这套重建的声景被融入了《恐龙》的多集剧情中，也改变了Montealegre-Zapata对远古世界的想象。他说，侏罗纪的森林是“一个声息纷繁的环境”——这场大合唱的频段，一直延伸到任何人类访客都无法听见的范围。
相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2615107123