把耳朵贴在一根芦苇上,能听到极轻的嗒嗒声,那是叶蝉在茎里发声。同一时刻,屋檐下的蛛网上,一只雄蛛正用前足拨动丝线,声音人耳听不见,网却把振动送到了雌蛛脚下。
信号走固体,不走空气,茎与丝就是导线
空气声在传播中衰减快,几米外就弱下去;茎、叶、丝是固体,振动沿纤维传递,衰减慢得多。叶蝉与蜘蛛都利用这一点,把身体当成振动源,把植物或丝当成导线,信号只在接触点之间走。
这类信号叫基质振动,频率低,多在几十到几百赫兹,人耳听不到,要靠接触式拾振器才能录下。它不怕风,却怕地面震动与雨点,后两者会把信号盖住,整段录音只剩噪声。
叶蝉用腹部肌肉抖动身体,节奏写在茎上
叶蝉腹部有一组背腹方向的肌肉,收缩时把腹部拉扁,身体重心随之上下移动。动作反复进行,每秒几十次,由腹神经索的节律性放电驱动,整株植物跟着轻微颤动,茎的表面几乎看不出位移。
同种雄虫与雌虫的节奏不同,雌虫听到后会以另一种节奏回应,形成交替的二重唱。信号沿茎传到相邻植株,几米内的个体都能收到,密度高的草丛像一张连通的网。
蜘蛛靠丝与网面传振动,靠缝感器读形变
蛛丝是极细的蛋白质纤维,直径多在1–5微米,张力很高。雄蛛在雌蛛网上用前足或腹部快速拨动,丝产生几十到几百赫兹的横向振动,网面跟着整体晃动,靠近网心的位移最大。
蜘蛛的足与外骨骼上分布着缝感器:外骨骼上开一道缝,长1–2微米,宽不足1微米,缝下连着感觉细胞。外骨骼一有微小形变,缝被拉宽或压窄,细胞放电,频率随形变的大小连续变化。这是测应变,不是测声。
振动能定方向,衰减方式与空气声不同
高频振动在固体中衰减很快,低频能传得远。同一段信号,远端只剩低频成分,听起来更闷。雌蛛据此能判断对方是在网上,还是在网边的枝叶上,距离越远,声音越低沉。
方向靠到达时间差与强度差。蜘蛛的8条足分处不同位置,同一次振动在各足上的相位不同,中枢比较之后得出源的方向,再决定是靠近还是退回洞里,相邻两足的夹角接近45度。
关键数据
下列数值取自常见类群,用于对照频率与尺度,不能据以定种,基质与温度造成的差异同样明显。
- 叶蝉的振动信号多在100–500赫兹。
- 信号沿茎可传1–3米。
- 蛛丝直径1–5微米,张力很高。
- 缝感器缝长1–2微米,宽不足1微米。
- 蜘蛛有8条足,分处8个方位。
- 求偶拨丝的振动频率在几十至几百赫兹。
边界
基质振动要贴着植物或网才听得到,站在旁边什么也听不见,隔一层空气就断了。录音必须把拾振器夹在茎上,夹的位置不同,频率响应也不一样。
风、雨、脚步与远处的车流都在同一频段,野外录到的信号常混着杂波。判断是不是虫子在响,要看节奏是否重复、间隔是否稳定,单看波形分不出。
参考文献
- 彩万志 等.《普通昆虫学》(第 2 版). 中国农业大学出版社, 2011. —— 昆虫的机械感受器。
- 中国科学院中国动物志编辑委员会.《中国动物志·蛛形纲·蜘蛛目》. 科学出版社. —— 缝感器与求偶行为。
- Bradbury J W, Vehrencamp S L. Principles of Animal Communication. 2nd ed. Sinauer, 2011.