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从化石翅膀重构侏罗林声

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叮、颤和咔哒声——这是地球1.65亿年前森林的声音:这个嘈杂的合唱包含了一个国际科学家团队花费超过十年重构的九种史前昆虫的叫声。这些昆虫是现代蟋蟀和蝗科昆虫(即蝗蟋蟀)的亲属,它们通过摩擦翅膀来发声。通过研究这些古代昆虫化石翅膀,以及它们现存亲属的生物声学特性,研究人员能够利用计算机建模和机器学习来复制它们的叫声。他们说,这个噪音是基于证据的对侏罗林声景最接近的近似。尽管这段声景仅占穿过侏罗森林回荡的声音的一小部分,但这目前是科学家能得到的最接近的结果。几十年来,古生物学家一直试图弄清楚恐龙发出什么声音。但负责产生和塑造它们声音的软组织,如它们的肺、喉和口腔,很少化石化。 (尽管您在《侏罗公园3》中可能看到的那样,人们无法仅仅通过吹气通过恐龙声器模型来看看它听起来像什么。)与这些恐龙共同生活的昆虫却提供了更好的声学机会:科学家从侏罗纪挖掘出数十只翅膀完美保存的化石昆虫。十多年前,四川农业大学昆虫学教授君杰·古和他的同事得到了20个这样的标本。他们的化石丰收——发现于中国内蒙古——包含九种蟋蟀和蝗蟀祖先,所有这些都在它们的前翅上拥有独特的结构。虽然这些古代昆虫与它们的现存亲属相差亿万年,但它们仍然共享许多特征,包括体型和形状。像它们的蟋蟀和蝗蟀亲属一样,它们有一条腿上的梳状脊和另一条翅膀上的刮擦结构。当它们相互摩擦时,刮擦结构会抓住脊,产生一系列快速的点击声,这些点击声融合在一起形成连续的颤音。它们的颤音的共鸣和音调很大程度上取决于脊的间距以及翅膀的表面积和速度。为了重构这些长 extinct 昆虫的叫声,研究人员首先映射了它们的现存亲属是如何发声的。他们使用高速摄像机和一种名为激光多普勒振动计的技术来测量昆虫翅膀的精确运动和振动。研究人员利用这些数据创建并测试了一个可以预测翅膀结构如何影响其产生声音的计算机模型。最后,研究人员将昆虫翅膀的2D模型输入到他们的计算机模型中,以及关于每个物种与它们已经研究过的现存昆虫关系的信息。结果是一系列九种独特的叫声,介于熟悉与异世界之间。这些昆虫的颤音跨越了频率谱,但一种名为 Sigmaboilus peregrinus 的物种超出了人类可听范围,产生了高频超声波叫声。“第一次我们重构了歌曲,看到它超过了20千赫兹,我们非常兴奋,”古博士说。科学家长期以来一直理论认为,昆虫进化超声波通讯是为了躲避它们新进化的敌人:蝙蝠。然而,蝙蝠直到大约侏罗纪结束后1亿年才在地球上出现。在他们的研究中,古博士和他的同事挑战了长期以来的观点,即蝙蝠是昆虫超声波通讯的主要驱动力,他们认为侏罗纪的昆虫有充足的理由进化这种能力。