每年的七⼋⽉,蟋蟀的阵阵叫声在夜晚的草丛中回旋,尤为起劲。⼤家如果细⼼聆听,就不难发现蟋蟀鸣叫的声⾳也多种多样:形单影只的雄蟋蟀常常会发出悠⻓⽽舒缓的叫声,旨在吸引雌性的注意⼒;倘若找到了对象,那叫声⼜会变得短促⽽轻柔。但在夏威夷群岛的考艾岛上,⼈们却很难再听到雄蟋蟀的求爱曲,是谁让蟋蟀们沉默了?不能歌唱的蟋蟀⼜是怎么“找对象”的?
在上世纪末,第⼀群蟋蟀远渡重洋,从⼤洋洲初到夏威夷群岛。每天夜⾥,雄性蟋蟀⼀如在故乡时,靠每晚的⼩夜曲来吸引雌性。⼈们当然不会觉得这有什么奇怪,毕竟蟋蟀⼀直以来都是这样做的。直到有⼀天,⼈们发现,考艾岛的夜⾥变得安静了。⽽这⼀切,竟然是因为考艾岛上的另⼀位外来客——⼀种叫做Ormia ochracea的寄⽣蝇。
⼆⼗世纪九⼗年代,寄⽣蝇搭着便⻋从北美远道⽽来,翅膀轻轻⼀扇,就给考艾岛的蟋蟀们带来了巨⼤的影响:寄⽣蝇会在蟋蟀身上产下幼⾍,幼⾍会钻⼊到蟋蟀体内,并在⼀周的时间⾥杀死⾃⼰的寄主。和⼤多数寄⽣蝇不同,这种仅分布于美国德州和佛罗⾥达州的寄⽣蝇并不是靠视觉来捕捉⾃⼰的⽬标。取⽽代之的是,它们通过⽆与伦⽐的听觉来锁定⾃⼰的猎物。
为了了解这种寄⽣蝇听⾳辩位的能⼒,科学家们⽤扬声器播放录制的蟋蟀叫声,结果让⼈感到吃惊。雌性的寄⽣蝇可以在⼏⽶之外以很⾼的精度定位蟋蟀的位置(误差仅有⼏厘⽶),不仅如此,如果寄⽣蝇在奔赴⽬标的过程中,⼈为地中断扬声器的播放,它们依旧可以根据先前得到的信息确定发声源的位置。
进⼀步的研究表明,寄⽣蝇使⽤两个⾮常⼩的“⽿朵”(约1平⽅毫⽶的⾯积)来聆听声⾳,这两个“⼩⽿朵”位于寄⽣蝇的前胸腹侧,⼀如下图,两个“⽿朵”(图中的①和②)对称地分布在前胸腹板上,通过两根叫做⿎膜膜间桥的结构在前胸的中⼼枢突处(图中的③)相连。
⼤家可以想象⼀下,把图中的①、②和③连接起来,是不是像⼀个跷跷板?这个“跷跷板”在寄⽣蝇的声⾳检测和定位中起着⾄关重要的作⽤。具体⽽⾔,这个结构就像⼀个杠杆,有助于在两个⿎膜之间传递和放⼤振动能量。当声⾳以略微不同的相位和幅度撞击两个⿎膜时,⿎膜膜间桥通过“弯曲”和“摇摆”的动作在每个⿎膜中建⽴不对称的振动模式,使得神经系统更容易区分声⾳来⾃哪⼀侧。
为了可以听⾳识寄主,寄⽣蝇也真是拼了,演化出了如此精巧的听觉系统,但俗话说的好,道⾼⼀尺魔⾼⼀丈,蟋蟀对此也不是全⽆办法,⼀场演化⼤赛在考艾岛的夜⾥悄然展开。
熟悉蟋蟀的朋友们都知道,雄性蟋蟀的叫声并不是真的靠嘴在鸣叫,⽽是通过将翅膀相互刮擦来进⾏发声。蟋蟀翅膀上的翅膜是发声的关键,在蟋蟀的前翅上有⼀套特殊的发⾳器,其中⼀个翅膀的翅膜像细密的⻮,另⼀个翅膀的翅膜则有着突出的棱状结构,当两者互相摩擦,就可以发出悦⽿的声⾳啦。但当这种悦⽿歌声化身为蟋蟀的催命曲时,沉默,对于考艾岛上的蟋蟀可能是更好的选择。
对于寄⽣蝇听⾳辨位的特殊本领,蟋蟀想要反制,那最简单的办法就是不再发出声⾳,考艾岛上的蟋蟀们也正是这样做的。2006年,⼀项发表在期刊《⽣物学通讯》上的研究报道了这⼀有趣的现象,在考艾岛上,超过90%的雄性蟋蟀不再发出声⾳,它们的翅膀形态发⽣了改变,翅膜上的突起明显变少,⽽且位置也发⽣了改变。科学家们把这样的翅膀称为平翅,平翅不影响蟋蟀的⻜⾏能⼒,但影响它们发声。
令⼈惊奇的是,这种变化的发⽣是在不到20个世代的时间⾥实现的,相⽐于⼤多数情况下漫⻓的演化过程,这⼀改变⽆疑是迅速的。后续的研究表明,在考艾岛的蟋蟀种群⾥,⼀个基因的突变改变了蟋蟀翅膀的形状,使得雄性蟋蟀们不再发出悦⽿的求爱曲,考艾岛的夜⾥变得静悄悄,只有偶然间的⼀两声鸣叫告诉⼈们在这个岛上还有蟋蟀存在。
类似的情况也发⽣在夏威夷群岛的另外⼀座⼩岛——欧胡岛上,在考艾岛蟋蟀沉默的两年后,邻近的欧胡岛上也出现了不能发声的蟋蟀。⼤家推测:肯定是考艾岛上的蟋蟀“偷渡”到了欧胡岛上。其实事情还真不像⼤家想的那样,欧胡岛上的平翅蟋蟀和考艾岛有着显著的不同,虽然它们都不能通过摩擦翅膀发声,但是两座岛上的蟋蟀的翅膀形态有着巨⼤的差异。
欧胡岛上平翅蟋蟀的翅膀形态更加接近于正常的蟋蟀,并且两座岛上的平翅蟋蟀间前翅的差别⾁眼可⻅。
既然形态上差异很⼤,那么决定了形态的遗传位点是不是也存在差异呢?答案是肯定的。2014年,⼀项发表在期刊《当代⽣物学》的研究就证实了这⼀点,科学家们发现,决定这两座岛上蟋蟀平翅的基因并不相同,两座岛上的平翅蟋蟀是在寄⽣蝇选择下趋同演化的结果。嘿,这可能就是殊途同归吧。
虽然平翅的性状可以帮助雄性蟋蟀不再发出声⾳,避免被寄⽣蝇找到,从⽽逃脱被寄⽣⽽亡的命运,但这也带来了沉重的代价,雄性失去了吸引异性的⽅式。不过平翅雄性并不会坐以待毙,繁衍的本能让它们找到了突破沉默的特殊⽅式——利⽤那些还可以发出声⾳的雄性。
2006年,⼀项发表在期刊《⽣物学快报》上的研究对上述问题进⾏了研究,科学家们划定了⼀个半径为2⽶的圆形研究区域,在圆⼼处利⽤扬声器播放蟋蟀的求爱曲,并记录在研究范围内所有蟋蟀的位置、性别和翅膀形态。结果显示,在考艾岛上,平翅蟋蟀们会⽐正常的雄性蟋蟀更加靠近扬声器,这似乎⽀持了这些平翅个体在利⽤正常的伙伴来吸引雌性。
⼤家可能会问了,按这趋势,那些可以发出声⾳的雄性迟早要玩完啊,到时候⼀群平翅雄性该咋办?答案也很简单,在沉默中爆发!根据期刊《动物⾏为》在2015年的⼀项研究,考艾岛上的平翅雄性个体通过增加活动来增加找到配偶的机会。既然不可以通过唱歌来吸引雌性,那只能到处多逛逛来碰运⽓啦!话说,蟋蟀都这么努⼒了,没找到对象的⼤家,就别在家宅着啦!