昆虫腹部振动感知的跨物种比较研究：蝗虫与蝉的腹部弦音器(COs)在振动感知中的关键作用

本研究针对昆虫感知基质振动的多模态机制这一科学问题，通过比较蝗虫(Schistocerca gregaria)和蝉(Okanagana rimosa)两种进化距离较远的物种，首次系统揭示了腹部弦音器(Chordotonal Organs, COs)在振动感知中的重要作用。研究人员采用神经电生理记录技术，发现蝗虫腹部神经的振动敏感性与腿神经相当，而蝉类腹部感受器灵敏度甚至超越腿部器官。该成果为理解昆虫机械感受的进化适应提供了新视角，发表于《Zoology》期刊。

　　

在自然界中，昆虫通过精妙的感知系统与复杂环境互动，其中基质振动感知是关乎生存的重要能力。传统认知将昆虫的振动感受局限在腿部特化器官，如著名的膝下器(Subgenual Organ)，但越来越多的证据表明，当昆虫腹部接触基质时，其感知机制可能远比想象的复杂。这项由德国Justus-Liebig大学团队开展的研究，首次系统比较了蝗虫和蝉两类进化差异显著的昆虫，揭示了腹部弦音器(Chordotonal Organs, COs)在振动感知中的关键作用，相关成果发表在《Zoology》期刊。

研究团队采用神经电生理记录结合神经解剖示踪技术，对实验室饲养的沙漠蝗(Schistocerca gregaria)和野外采集的蝉(Okanagana rimosa)进行实验。通过精确控制振动参数(频率30Hz-10kHz，加速度0.01-10m/s²
)，记录腹部神经电活动，并与已知的腿部神经敏感度数据对比。

在"神经解剖学"部分，研究发现蝗虫每个腹节由N1和N2两支神经支配，其中N1神经支配包含听觉器官(如第一腹节的Müller's organ)和侧板COs，而蝉类则具有特化的鼓膜神经(TN)和前腹神经(AN1)分别支配听觉器官和张肌器官。

"电生理记录"结果显示，蝗虫非听觉腹节神经(A2N1,A3N1)在200-1000Hz范围表现出广谱敏感性，与腿神经阈值相当；而蝉类AN1神经在80-1000Hz低频段的灵敏度比腿神经高一个数量级。线性混合模型分析证实神经类型和频率对阈值有显著影响。

讨论部分指出，这种跨物种保守的腹部振动感知能力，可能补偿了某些昆虫(如蝉)腿部振动感受器的退化。特别值得注意的是，听觉器官(如蝗虫的鼓膜器和蝉的听觉器官)均表现出对振动的双模态敏感，暗示COs的多功能特性。研究还引申到无腿昆虫幼虫的振动感知机制，为理解节肢动物机械感受的进化提供了新思路。

这项研究的重要意义在于突破了传统"腿部中心"的振动感知范式，提出"全身振动感知"的新概念。发现腹部COs可作为重要的振动感知补充通道，特别是在腿部感受器退化的物种中。该成果不仅为昆虫神经生物学提供新见解，也为仿生传感器设计提供了灵感，提示分布式感知网络可能比单一高敏器官更具生态适应性。未来研究可扩展至更多昆虫类群，特别是那些缺乏膝下器的物种，以进一步验证这一机制的普遍性。