大約在1億年前，知了可能無(wú)法響亮地鳴叫，億年更不會(huì)在夏日的不那人午后擾人清夢(mèng)。

近期，新聞中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)南京古生物所）科研人員與多國(guó)學(xué)者合作，科學(xué)對(duì)化石和現(xiàn)存蟬總科類(lèi)群的吵解剖學(xué)特征進(jìn)行了分析，研究發(fā)現(xiàn)早期的億年蟬可能無(wú)法發(fā)出響亮的聲音，還報(bào)道了已知最早的不那人蟬總科末齡幼蟲(chóng)化石。相關(guān)研究成果1月8日發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。新聞

“這是科學(xué)一項(xiàng)很有意思的研究，對(duì)我來(lái)說(shuō)似乎還有點(diǎn)“追星”成功的吵感覺(jué)。”論文一作、億年南古所博士姜慧告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，不那人“在研究中，新聞悉尼大學(xué)教授David Emery贈(zèng)予了僅存在于澳大利亞的科學(xué)現(xiàn)生螽蟬標(biāo)供我開(kāi)展研究，一些此前經(jīng)常在文章中出現(xiàn)的‘大牛’成為我的合作者，一起完成了研究。”

早期演化歷史知之甚少

蟬俗稱(chēng)知了，是日常較為常見(jiàn)的昆蟲(chóng)，他們的鳴叫聲頗具特色，時(shí)常出現(xiàn)在炎炎夏日的午后。

姜慧介紹，現(xiàn)生蟬總科包括兩個(gè)科：在全球分布廣泛的蟬科和孑遺于澳大利亞的螽蟬科。蟬總科最早的化石發(fā)現(xiàn)于三疊紀(jì)（2.5億年前至2億年前）地層，中生代（包括三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)）蟬總科化石較為豐富，但多是保存在巖石中的翅膀標(biāo)本，學(xué)術(shù)界對(duì)其身體形態(tài)特征和幼蟲(chóng)特征研究和了解較少。

目前，學(xué)術(shù)界對(duì)蟬總科的早期演化歷史，特別是古生態(tài)習(xí)性還知之甚少。

在南京古生物所研究員王博、張海春的指導(dǎo)下，姜慧利用光學(xué)顯微鏡、計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)、系統(tǒng)發(fā)育和形態(tài)空間等分析方法，總結(jié)和分析了中生代蟬總科的化石記錄，并重新檢視了保存有完整身體結(jié)構(gòu)的化石和現(xiàn)生螽蟬科和蟬科的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。

研究發(fā)現(xiàn)，中生代蟬總科昆蟲(chóng)化石包含了蟬總科、螽蟬科和蟬科的干群。先前歸入螽蟬科的一些中生代化石，在系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系上可能更接近現(xiàn)代蟬科。據(jù)此，研究人員推測(cè)，現(xiàn)代蟬科和螽蟬科的兩個(gè)譜系至少在中侏羅世就已經(jīng)出現(xiàn)了分化。

由于保存問(wèn)題，昆蟲(chóng)化石的分類(lèi)通常依賴(lài)于保存下來(lái)的部分形態(tài)特征。“我們對(duì)蟬的成蟲(chóng)和幼蟲(chóng)的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了形態(tài)空間分析，發(fā)現(xiàn)蟬科化石中高度特化的同源結(jié)構(gòu)可能包含了先前所忽略的過(guò)渡特征。”姜慧說(shuō)。

研究結(jié)果初步闡明了蟬總科化石系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系以及形態(tài)和生態(tài)習(xí)性的早期演化歷史，并重建了化石和現(xiàn)生蟬總科類(lèi)群的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。

姜慧介紹：“通過(guò)對(duì)這些過(guò)渡特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行更細(xì)致的研究，可以更精確地理解形態(tài)特征的演變，并有助于闡明昆蟲(chóng)宏演化的模式。”

螽蟬不發(fā)出鳴叫聲

研究發(fā)現(xiàn)，聲音信號(hào)是許多動(dòng)物傳遞信息的重要手段。

“現(xiàn)生蟬科類(lèi)群能夠發(fā)出昆蟲(chóng)中最響亮的聲音，最大可達(dá)120分貝。通常，雄性鳴蟬利用發(fā)達(dá)的鼓膜肌牽引鼓膜致使其來(lái)回彎曲產(chǎn)生聲音，腹部作為共振腔進(jìn)一步放大這些聲音。”姜慧說(shuō)。

然而，螽蟬雖有鼓膜和鼓膜肌，但不發(fā)達(dá)，并缺乏共振腔，它們不發(fā)出鳴叫聲，而是通過(guò)傳輸振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行交流。兩種截然不同的信號(hào)傳遞機(jī)制引發(fā)了對(duì)蟬類(lèi)發(fā)聲結(jié)構(gòu)及其行為演化的推測(cè)。

姜慧介紹：“我們的研究在蟬總科化石中首次發(fā)現(xiàn)了鼓膜結(jié)構(gòu)，這也是在化石記錄中的首次報(bào)道。”研究發(fā)現(xiàn)鼓膜結(jié)構(gòu)存在于所有蟬總科干群中，且雌性和雄性均保存有鼓膜結(jié)構(gòu)，因此鼓膜結(jié)構(gòu)代表了蟬總科的一個(gè)祖征。

姜慧等人通過(guò)化石分析研究表明，白堊紀(jì)中期（約1億年前）的蟬可能沒(méi)有復(fù)雜的發(fā)聲和聽(tīng)覺(jué)器官，它們無(wú)法發(fā)出響亮的聲音，更可能像現(xiàn)代螽蟬一樣通過(guò)基質(zhì)傳遞振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行交流。

研究發(fā)現(xiàn)，白堊紀(jì)中期蟬總科末齡幼蟲(chóng)和蟬蛻化石，這是目前已知最早的蟬總科末齡幼蟲(chóng)化石記錄。姜慧介紹：“它們具有與現(xiàn)代蟬幼蟲(chóng)相似的前足，呈鐮刀狀脛節(jié)與擴(kuò)張膨大的股節(jié)相契合形成抓握結(jié)構(gòu)，這表明它們具有強(qiáng)大的土壤挖掘和運(yùn)輸能力，可能演化出了與現(xiàn)代蟬幼蟲(chóng)類(lèi)似的地下生活習(xí)性。”

“我們發(fā)現(xiàn)化石幼蟲(chóng)具有明顯增大、膨脹的前唇基和后唇基，并且兩側(cè)肌肉痕明顯，以及長(zhǎng)刺吸式口器。”姜慧說(shuō)，這與蟬總科現(xiàn)生類(lèi)群的唇基和口器形態(tài)相似，表明它們極可能已經(jīng)演化出強(qiáng)大的食竇肌，能夠克服負(fù)壓和刺穿植物木質(zhì)部導(dǎo)管以吸取木質(zhì)部汁液為食。

“一次很棒的國(guó)際合作”

姜慧從南京古生物所取得博士學(xué)位后，前往國(guó)外從事博士后工作，這些年來(lái)她一直研究蟬化石材料。

“它們生活在億年前，被保存下的概率非常小，能夠發(fā)現(xiàn)這些化石材料，并有機(jī)會(huì)去研究它們是一件很幸運(yùn)的事情。”姜慧告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“研究這些化石讓我有一種與時(shí)間對(duì)話(huà)的感覺(jué)，聽(tīng)它們?cè)V說(shuō)億年前的故事和感受上億年的時(shí)光，太美妙了。我希望能夠通過(guò)研究把它們以前的事情和故事告訴更多的人，去展示好這些可愛(ài)的小家伙。”

姜慧認(rèn)為，古生物學(xué)研究是一件很有趣的事情。首先古生物學(xué)研究本身提供了學(xué)習(xí)探索地球上古老生命的豐富歷史和演變過(guò)程的機(jī)會(huì)，在如此長(zhǎng)時(shí)間尺度下進(jìn)行研究，以及對(duì)比現(xiàn)代研究，可以感受和意識(shí)到更多的宏觀和微觀演化規(guī)律，可以很好的幫助思考更多事情的發(fā)展趨勢(shì)。

在姜慧眼中，古生物學(xué)研究可以探索大自然中的有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)，可以感受到大自然的美好和神奇，也提供了一個(gè)更本質(zhì)的認(rèn)識(shí)事情的機(jī)會(huì)。“研究過(guò)程中，我們需要學(xué)習(xí)多學(xué)科知識(shí)，使用先進(jìn)科學(xué)儀器，參與廣泛的合作，這些過(guò)程本身就是不斷突破自己的認(rèn)知和能力。”她告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“我看到很多國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)自己領(lǐng)域的堅(jiān)持、熱愛(ài)和認(rèn)真，對(duì)于知識(shí)交流，分享和幫助，也結(jié)交了不同國(guó)家的好友，碰撞出科研的火花，這也是非常有趣的。”

姜慧在研究中也會(huì)遇到各種困難，她發(fā)現(xiàn)只要想辦法，把大問(wèn)題拆成小問(wèn)題，就可能一步一步被克服解決，比如一點(diǎn)一點(diǎn)耐心的收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，去不同的單位與同學(xué)科或者不同學(xué)科的學(xué)者交流等，簡(jiǎn)言之就是主動(dòng)積極、有原則地去尋找解決辦法。

以這項(xiàng)研究為例，研究中使用到僅存在于澳大利亞的現(xiàn)生螽蟬標(biāo)本，是姜慧在自然愛(ài)好者網(wǎng)站上結(jié)識(shí)的David Emery贈(zèng)予的，這讓姜慧對(duì)現(xiàn)存的螽蟬有個(gè)更清楚的結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)。“現(xiàn)生螽蟬只有1屬2種，相關(guān)研究資料比較少，David提供的一些標(biāo)本，很好地解決了我對(duì)于現(xiàn)生螽蟬成蟲(chóng)幼蟲(chóng)形態(tài)不清楚的問(wèn)題。”姜慧透露，“我們也以David的姓氏來(lái)命名了一塊蟬化石作為感謝。

“我們這項(xiàng)研究由波蘭，美國(guó)，澳大利亞，德國(guó)，緬甸以及捷克等單位的學(xué)者共同完成，包括研究現(xiàn)代鳴蟬的學(xué)者、化石蟬類(lèi)學(xué)者、節(jié)肢動(dòng)物學(xué)者、古生態(tài)學(xué)學(xué)者、埋藏學(xué)學(xué)者，以及研究材料產(chǎn)地的緬甸本地學(xué)者，是一次很棒的國(guó)際合作。”姜慧告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“大家可以從不同認(rèn)識(shí)和角度提供經(jīng)驗(yàn)，建議和思路，共同合作促進(jìn)研究工作和蟬類(lèi)化石的研究發(fā)展。”

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-44446-x

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