每当您播放音乐或聆听演讲者的讲话时，您都在参与一场生物学的奇迹——听觉能力。声音只是压力波，在稀疏的空气分子中传播。您的耳朵不仅能探测到这些振荡，还能对其进行解码，从而分辨出巴赫的奏鸣曲、朋友的笑声或汽车的喇叭声。
这需要三个步骤。第一步：捕捉。声波穿过您能看到的耳朵部分，并使一个绷紧的膜振动，该膜横跨您的耳道。这就是鼓膜，或者更形象地说，是耳膜。在另一侧，耳膜连接着三块名称精确的小骨头——锤骨、砧骨和镫骨——它们连接着充满空气的外耳和充满液体的内耳。
骨头执行第二步：转换和放大。它们将相对宽阔的耳膜的所有压力传递到镫骨的细小尖端，将巨大但微弱的空气传播的振动转化为微小但强大的液体传播的振动。
这些振动进入内耳，内耳看起来像一个从蜗牛壳里伸出的法式打蛋器。暂时忽略打蛋器——壳是耳蜗，一个卷曲的管子，里面充满液体并内衬着敏感的毛细胞。这些毛细胞执行第三步：频率分析。每个细胞对不同的频率做出反应，并且排列整齐，低频细胞位于管子的一端，高频细胞位于另一端。它们就像一个反向的钢琴键盘，感知而非演奏。来自这些细胞的信号被传递到听觉神经并在大脑中解码。 voilà——我们听到了声音。
所有哺乳动物的耳朵都以相同的方式工作：捕捉声音；转换和放大；分析频率。但出色的适应性很少只被生命树的一个分支所独占。生命的不同分支经常会演化出解决生活问题的相似方案。这就是为什么在南美洲的雨林中，一种螽斯——蟋蟀的近亲——听声的方式与我们使用的三步法相同，但它的耳朵却长在膝盖上。
蚱蜢、蟋蟀和蝗虫都有膝盖上的耳朵，它们的长度仅为零点几毫米，是动物界最小的耳朵之一。尽管无数的这些昆虫已经被解剖过，但没有人真正理解这些耳朵的结构。
布里斯托大学的Fernando Montealegre-Z 填补了其余的空白。在他重现侏罗纪蟋蟀声音之后，他开始研究一种名为Copiphora gorgonensis 的螽斯，这是一种绿色的昆虫，有着橙色的脸，头上有一个像独角兽一样的尖刺和滑稽的珠子般的眼睛。
他使用专为微小物体设计的CT扫描仪分析活体螽斯的腿。扫描结果显示，每只膝盖上都有一对鼓膜（或鼓状膜）。这我们已经知道了。但 Montealagre-Z 还发现了两个新器官。
第一个——声囊（AV）——就像我们耳蜗的展开版本，是一个锥形的中空充满液体的管子。其他科学家曾认为声囊是简单的血管，但 Montealegre-Z 知道这不可能。首先，它只存在于螽斯有耳朵的第一对腿上。它包含一排敏感的细胞，称为耳嵴，就像我们耳蜗内衬的毛细胞一样。它们的作用相同——分析频率。
声囊通过一个全新的结构——鼓膜板（TP）——连接到每个鼓膜。它看起来只是昆虫坚硬外骨骼的一部分，但 Montealegre-Z 使用激光发现它与鼓膜同步振动。这块板是螽斯的耳骨的对应物——一个坚硬的杠杆，将充满空气的外耳与充满液体的声囊连接起来。就像我们的耳膜表面积是我们的镫骨的 17 倍一样，螽斯的鼓膜表面积是其鼓膜板的 13 倍。效果相同：将巨大但微弱的振动转化为微小但强烈的振动。
所以，这就是螽斯听声的方式。第一步：两只鼓膜捕捉声音，就像我们的鼓膜一样。第二步：鼓膜板将这些振动传递到充满液体的声囊，在此过程中进行放大。第三步：声波沿着耳嵴传播，耳嵴的细胞响应各种频率并将该信息发送到昆虫的神经系统。这与我们自己的耳朵的设置相同，但结构却小了一百倍。
尽管有相似之处，但除了位置和成对的鼓膜之外，螽斯的耳朵和我们的耳朵之间显然存在差异。我们的耳蜗含有 17,000 到 24,000 个毛细胞，而螽斯只有 14 到 70 个。这些细胞覆盖的频率范围在 10 到 50 千赫兹之间。这跨越了大约三个非常高音的八度，而且比螽斯之间发出的唯一声音——大约 18 到 23 千赫兹的求偶音——要广得多。Montealegre-Z 认为这些昆虫已经进化到能够听到它们自己求偶之外的其他声音——也许是蝙蝠捕食时发出的高频叫声。
参考文献：Montealegre-Z, Jonsson, Robson-Brown, Postles & Robert. 2012. Convergent Evolution Between Insect and Mammalian Audition. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.1225271
图片由 Daniel Robert 和 Fernando Montealegre-Z 提供
