飞蛾作为生态系统中的重要组成部分,与植物之间的互动历经漫长的演化,形成了复杂而多样的交流方式。长期以来,科学家们关注的焦点主要集中在视觉、化学信号和触觉信号上,鲜少有人将目光投向植物发出的声波信息。最新研究突破了这一领域,首次揭示了雌性飞蛾能够感知并利用植物在干旱环境下发出的超声波信号,为理解昆虫-植物之间的交流机制打开了新的视角。植物作为静止的生命体,其生理活动中往往伴随着不同频率的振动和声波,尤其是在遭受干旱胁迫时,植物内部的气泡破裂(气蚀现象)会产生频率高达二十千赫兹以上的超声波信号。此前,这些声音被普遍认为只是植物内部偶发现象,没有生物学意义。然而,通过针对埃及棉铃虫(Spodoptera littoralis)的深入实验,科学家们发现,这种拥有高度敏锐超声波听觉系统的飞蛾能够准确识别这些干旱植物发出的点击声,并将其作为产卵场所选择的重要依据。
飞蛾的听觉器官进化出对20至60千赫兹区间的声音高度敏感,完全覆盖了植物发出的超声波频段。对比自然状态下飞蛾的行为表现,实验发现当提供干旱植物声波回放时,在缺乏真实植物的环境中,雌性飞蛾倾向于优先选择发出干旱点击声的区域产卵,这表明她们将这些超声波视为植物存在的可靠信号,甚至优于其他感觉信号。然而,令人惊奇的是,当真实植物存在时,飞蛾的选择出现明显反转,表现出对未受干旱胁迫且无声波发出的健康植物的偏好,倾向于避开伴随声波信号的干旱植物,表明飞蛾能够综合整合多种感官信息,结合声波与视觉、化学等其他线索,作出更为理性的产卵决策。这种多模态的信息处理能力为飞蛾提供了在生态系统中更精准的资源识别和利用能力,避免将有限资源浪费于生存条件差的植株上,从而提升后代成活率和生物适应度。科学家们还对去听觉能力的雌性飞蛾进行了实验,发现其在超声波播放场景中不再表现出偏好,直接证实了这类行为决策确实依赖于听觉感知。另外,涉及飞蛾自身的性别交流音频信号并未影响其对植物声波的反应,这凸显了飞蛾能区分不同来源超声波信号的能力,甚至具备识别特定生物信号的选择性。
行为追踪分析显示,雌性飞蛾在探索环境过程中频繁往返于声波播放侧与安静侧,且随着时间推移逐渐在播放侧停留时间增多,最终做出产卵决策,这体现出一种主动的评估与比较策略。另一项利用长达1.5米的声波梯度试验进一步证实,飞蛾更倾向于在靠近干旱植物声波发射点附近产卵,而远离静音控制区,显示对声波空间定位的敏锐度。植物发出的超声波信号极具特异性,一方面区别于风声等其他自然噪音,另一方面仅能在较近距离(约1.5米范围内)被飞蛾探测到,这样的空间限制使得信号具有较强的定位指示性,帮助飞蛾实现精准的产卵选择。研究还探讨了植物声波究竟是被动形成的无意信号还是有可能作为进化出的主动信号。鉴于目前植物超声波发射多源于物理性气蚀等生理过程,科学界普遍认为这属于信号中的“线索”(cue),而非经过自然选择特意进化而成的“信号”(signal)。不过,有学者提出,植物或许通过形态上的某些特化能够强化或调节声波强度与特征,为与环境生物形成某种互利互动创造条件。
基于此,未来研究有望揭示植物与多种生物之间更多未被识别的声学互动模式。飞蛾作为农业害虫的代表,其对植物声波的响应理解为害虫防治提供了全新思路。传统害虫管理多依赖化学诱剂、视觉陷阱等,若能合理利用植物发出的声波或模拟这一信号,或有助于开发新型非化学诱捕技术,降低农药用量,促进生态农业发展。此外,对于昆虫的听觉进化起源而言,植物声波的利用说明超声波听觉可能具备比预想中更丰富的功能,超越单纯的蝙蝠捕食回避和同种性通讯,成为昆虫感知环境多维度信息的重要途径。总体来看,植物发出的超声波为昆虫行为提供了重要信息补充维度,丰富了我们对生态系统复杂信息流的理解。随着超声波录音技术和行为追踪技术的进步,预计未来将有更多动物-植物声学相互作用被揭示,推动生态学、行为学及农业科学的多学科交叉发展。
通过深化这一领域的研究,有望开创出新颖的绿色害虫管理方案,实现农作物保护与生态平衡的双赢,为农业生产可持续发展注入新的活力。