宾厄姆顿大学一支由教师与研究生组成的团队发现,常见园林害虫烟草天蛾(Manduca sexta)毛毛虫即使没有传统意义上的耳朵,也能通过体表微小毛发感知空气中的声音。研究人员表示,这一发现可能为改进麦克风等声学传感器的设计提供参考。
上述研究以《Manduca sexta毛毛虫通过毛发听声》为题,在第六届美国声学学会与日本声学学会联合会议上发布。

研究缘起于宾厄姆顿大学生物科学副教授Carol Miles多年前的观察:她走进同事研究毛毛虫的实验室并说话时,毛毛虫会出现跳动反应。Miles称,她曾多次对毛毛虫发出“吓”的声音,毛毛虫随即跳起。多年后,她决定系统验证毛毛虫是否能“听见”、能听到什么以及为何会有反应。
该项目由Thomas J. Watson工程与应用科学学院机械工程杰出教授Ronald Miles参与推进。Ronald Miles此前研究过苍蝇、蜘蛛等动物对声音的反应,并促成一项新的麦克风专利。他表示,声学检测技术投入巨大,麦克风类型多样,而从动物的感知机制中寻找启发是常见路径。

为区分毛毛虫对空气传播声音与对基底振动的反应,研究团队在宾厄姆顿大学的消声室开展测试。Ronald Miles称,消声室环境有助于精确控制声场输入,从而实现“只给声音不带振动”或“只给振动不带声音”的对照,并测量动物对不同刺激的反应强度。
实验中,研究人员播放低频150赫兹与高频2000赫兹的声音,并分别测量毛毛虫对表面振动和空气传播声音的反应。机械工程系博士生Sara Aghazadeh表示,毛毛虫通常停留在植物茎上,团队起初推测其反应可能来自植物振动带来的刺激。

结果显示,毛毛虫对空气传播声音的反应强度比对足部感受到的表面振动高出10至100倍。生物科学博士生Aishwarya Sriram提到,社交媒体上曾出现毛毛虫对声音产生反应的视频,但此前难以判断其究竟是在响应声音还是振动;本次实验表明,毛毛虫既能检测空气声,也能感知基底振动。
在确认毛毛虫对空气传播声音存在显著反应后,团队进一步定位其“听觉”机制。研究人员通过烧蚀方式去除毛毛虫胸部与腹部的细小毛发后,毛毛虫的听觉能力明显下降。Ronald Miles指出,许多昆虫会对声音引发的空气运动作出反应,其体表细毛能够感应这种空气流动。
关于毛毛虫为何需要这种能力,研究人员提出一种可能性:毛毛虫或许进化出对与捕食性黄蜂振翅频率相近的声音更敏感。Sriram表示,捕食性黄蜂的翅膀拍打频率约在100至200赫兹,毛毛虫听到类似频率时,可能会将其视为附近或上方存在捕食者,从而出现跳跃受惊、僵住或抽搐等反应。
