蝙蝠是夜行昆蟲的主要捕食者，它們產(chǎn)生的選擇壓力導(dǎo)致許多獵物進(jìn)化出一種預(yù)警系統(tǒng)：耳朵專門用于高頻蝙蝠回聲定位。迄今為止，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)至少有六種昆蟲——包括蛾、甲蟲、蟋蟀和蚱蜢——進(jìn)化出了能夠探測超聲波的耳朵。

但虎甲蟲更進(jìn)一步。當(dāng)它們聽到附近有蝙蝠的聲音時(shí)，它們會用自己的超聲波信號做出反應(yīng)，而在過去 30 年里，沒有人知道為什么。

“這對人類來說是個(gè)非常陌生的想法：這些動物在夜間飛行，試圖在完全黑暗的環(huán)境中捕捉彼此，用聲音作為交流方式，”哈蘭·高夫 (Harlan Gough) 說道，他是最終解開謎團(tuán)的新研究的主要作者。在佛羅里達(dá)自然歷史博物館進(jìn)行博士研究時(shí)，他推斷虎甲蟲一定從發(fā)出聲音中獲得了很大的好處，因?yàn)檫@也有助于蝙蝠找到它們。

據(jù)科學(xué)家所知，虎甲蟲是唯一一種在蝙蝠捕食時(shí)發(fā)出超聲波的甲蟲。然而，據(jù)估計(jì)，有20% 的蛾類具有這種能力，這為了解其他昆蟲的行為提供了有益的參考。“這是一項(xiàng)非常有趣的研究，因?yàn)槲覀兛梢砸粚訉拥亟议_故事的面紗，”高夫說。

研究人員首先確認(rèn)虎甲蟲在蝙蝠捕食時(shí)會產(chǎn)生超聲波。當(dāng)蝙蝠在夜空中飛行時(shí)，它們會定期發(fā)出超聲波脈沖，從而了解周圍的環(huán)境。當(dāng)蝙蝠找到潛在的獵物時(shí)，它們會開始更頻繁地發(fā)出超聲波，從而鎖定目標(biāo)。

這也創(chuàng)造了一個(gè)獨(dú)特的蝙蝠回聲定位攻擊序列，研究人員為虎甲蟲播放了這個(gè)序列，以了解它們會如何反應(yīng)。當(dāng)甲蟲飛行時(shí)，它的硬殼會打開，露出兩個(gè)產(chǎn)生升力的后翅。鞘翅，以前覆蓋在翅膀上，起保護(hù)作用，對飛行沒有幫助。它們通常被舉起來，不礙事。

研究人員在亞利桑那州南部的沙漠中度過了兩個(gè)夏天，收集了 20 種不同的虎甲蟲進(jìn)行研究。其中七種對蝙蝠的攻擊序列作出反應(yīng)，將鞘翅輕輕向后擺動。這導(dǎo)致拍打的后翅擊打鞘翅的后緣，就像兩對翅膀在拍手一樣。在人類的耳朵里，這聽起來像微弱的嗡嗡聲，但蝙蝠會拾取更高的頻率并聽到甲蟲響亮而清晰的聲音。

“對蝙蝠回聲定位做出反應(yīng)的能力比僅僅聽到回聲定位的能力要少得多，”高夫說。“大多數(shù)飛蛾不會通過嘴巴發(fā)出這些聲音，就像我們認(rèn)為蝙蝠通過嘴巴和鼻子進(jìn)行回聲定位一樣。例如，虎蛾使用身體側(cè)面的特殊結(jié)構(gòu)，因此你需要這種結(jié)構(gòu)來發(fā)出超聲波，以及用耳朵來聽到蝙蝠的聲音。”

虎甲蟲確實(shí)會用超聲波來回應(yīng)蝙蝠襲擊的聲音。但為什么呢?

有些飛蛾能通過近距離、快速連續(xù)地發(fā)出幾聲咔嗒聲來干擾蝙蝠的聲納。然而，研究人員很快排除了虎甲蟲的這種可能性，因?yàn)樗鼈儼l(fā)出的超聲波太過簡單，無法做到這一點(diǎn)。

相反，他們懷疑虎甲蟲(會產(chǎn)生苯甲醛和氫氰酸作為防御化學(xué)物質(zhì))正在使用超聲波警告蝙蝠它們是有害的——就像許多飛蛾一樣。

“這些防御化合物已被證明能有效對抗一些昆蟲捕食者，”高夫說。“有些虎甲蟲，當(dāng)你把它們握在手中時(shí)，你實(shí)際上可以聞到它們產(chǎn)生的一些化合物的味道。”

他們通過將 94 只虎甲蟲喂給大棕蝙蝠來驗(yàn)證他們的理論。大棕蝙蝠吃各種各樣的昆蟲，但對甲蟲表現(xiàn)出強(qiáng)烈的偏好。令他們驚訝的是，90 只被完全吃掉，而兩只只被部分吃掉，只有兩只被拒絕，這表明甲蟲的防御化學(xué)物質(zhì)對阻止大棕蝙蝠幾乎沒有作用。

據(jù)該博物館麥圭爾鱗翅目和生物多樣性中心主任川原明人介紹，這是科學(xué)家首次測試虎甲蟲是否真的對蝙蝠有害。

“即使你識別出一種化學(xué)物質(zhì)，也并不意味著它能防御某種特定的捕食者，”Kawahara 說。“你只有對捕食者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后才能真正知道。”

事實(shí)證明，虎甲蟲不會使用超聲波來警告蝙蝠它們有害。但還有最后一種可能性。有些飛蛾雖然味道可口，但卻能發(fā)出反蝙蝠的超聲波。科學(xué)家認(rèn)為，這些飛蛾試圖通過模仿真正有害的飛蛾物種的超聲波信號來欺騙蝙蝠。

虎甲蟲會做類似的事情嗎?研究人員將研究早期收集的虎甲蟲超聲波記錄與數(shù)據(jù)庫中已有的虎蛾記錄進(jìn)行了比較。在分析超聲波信號后，他們發(fā)現(xiàn)了明顯的重疊，并找到了問題的答案。

虎甲蟲不具備針對蝙蝠的化學(xué)防御能力，它們會發(fā)出超聲波來模仿對蝙蝠有害的虎蛾。

但這種行為僅限于夜間飛行的虎甲蟲。2000 種虎甲蟲中，有些物種只在白天活動，利用視覺追捕較小的昆蟲，不受蝙蝠捕食的選擇壓力。研究人員在研究中納入的 12 種晝行性虎甲蟲就是證據(jù)。

“如果你讓一只晚上睡覺的虎甲蟲和它一起玩蝙蝠回聲定位，它根本不會有任何反應(yīng)，”高夫說。“而且它們似乎很快就失去了害怕蝙蝠回聲定位的能力。”

鑒于對夜空聲學(xué)的研究不足，研究人員懷疑可能還有更多未被發(fā)現(xiàn)的超聲波模仿的例子。

“我認(rèn)為這種現(xiàn)象在世界各地都有發(fā)生，”Kawahara 說道。“我和我的同事 Jesse Barber 多年來一直在研究這個(gè)問題。我們認(rèn)為這不僅僅是虎甲蟲和飛蛾。各種不同的夜行昆蟲似乎都有這種現(xiàn)象，我們只是不知道，因?yàn)槲覀儧]有以這種方式進(jìn)行測試。”

這些微妙的生態(tài)相互作用也面臨很快被破壞的風(fēng)險(xiǎn)。聲音模仿需要安靜的環(huán)境才能發(fā)揮作用，但噪音和光污染等人類影響已經(jīng)改變了夜空的外觀和聲音。

“如果我們想了解這些過程，我們現(xiàn)在就需要行動起來，”Kawahara 說道。“我們的后院里正在發(fā)生一些我們看不見的驚人過程。但是，隨著我們的世界變得更吵鬧、更明亮，溫度也發(fā)生變化，這些平衡可能會被打破。”

作者在《生物學(xué)快報(bào)》雜志上發(fā)表了他們的研究成果。