一只周期蝉，又称十七年蝉，出现在马里兰州。摄影：GEORGE GRALL, NAT GEO IMAGE COLLECTION
撰文：AMY MCKEEVER
每年，在北美地区，随着气温升高，熟悉的嗡嗡声和咔哒声也开始出现，这意味着蝉从地下洞穴钻出地面，寻找配偶。然而，每隔10年左右，几百万只蝉几乎同时出现，这种嘈杂的声音就会变得震耳欲聋。它们会逗留差不多一个月，然后死去。
今年春天，第10组蝉（Brood X）将会出现在大西洋中部，这是它们自2004年以来第一次登场。在十七年蝉中，第10组蝉体型最大，数量多达几千亿只。
全世界共有3000种蝉，其中只有7种拥有同步生命周期，也就是说，它们每13年或17年才会破土而出。这种周期蝉仅生活在美国中部和东部。
蝉的大规模出现会给树木带来一定的破坏，但它们不会像蝗虫那样，吞噬作物。相反，它们会修剪树枝，死后把营养物质送回土壤，为生态系统做出贡献，它们还给鸟类和其他动物提供了丰富的食物来源。
“周期蝉是一种非常神奇和特别的昆虫，”美国林务局的昆虫学家Andrew Liebhold说。
为什么这些蝉会形成这么独特的生命周期？为什么只出现在美国中部和东部？科学家仍在寻找这些问题的答案，让我们先一起看看这些蝉吧。
同步发生
所有的蝉生命最初都是一样的：雌性在树枝上产卵，6到10周后，这些卵孵化成若虫，落到地面并挖洞。它们一生大部分时候都待在这些洞穴里，吸取植物根部的汁液，在变成成虫之前，会蜕壳5次。钻出地面后，雄性召唤配偶，雌性拍打翅膀作为回应。然后，4到6周内，它们就会死去。
不过，不同种类的蝉，若虫成熟的时间也有所不同。蝉大致可以分为两类：一年生蝉和周期蝉。
大部分蝉都被认为是一年生蝉，虽然这种说法有一点不恰当，因为它们的寿命比一年长一点，大约是2到5年，具体取决于它们达到成熟体型和体重所需要的时间。这些蝉的生命周期并不同步，所以它们会在每年夏天的不同时间出现。
而周期蝉则会大规模出现，并因此登上新闻头条。它们属于周期蝉属，包括4种十三年蝉和3种十七年蝉。
康涅狄格大学的昆虫学家John Cooley说，相对较长的生命周期并不能区分周期蝉和一年生蝉。事实上，它们到达成年的速度大致相同，并有规律地同步出现。
周期蝉通过计算树根汁液的季节性变化来做到这一点。“它们不会记录时间，而是计算（植物的）生长周期，”Cooley说。他的周期蝉绘制项目最初由国家地理学会资助。
一旦植物完成了13个或17个周期，若虫就会等到土壤温度合适（约18度）的时候，飞向天空。
越多越安全
鉴于它们的寿命漫长而且同步，你可能会认为看见周期蝉是比较罕见的事情。但真实情况是，这些昆虫每年都会成群结队地出来，只不过是在美国的不同地区。这是因为按照地理位置不同，它们分为15组。
这些蝉大部分由多种周期蝉组成，但它们的寿命相同：12组十七年蝉，剩下3组是十三年蝉。同一组蝉彼此之间是同步的，但与另一组蝉不同步。
每组蝉都有自己的活动范围。有一些局限于较小的区域，比如第7组蝉只生活在纽约北部地区；另一些则分散在全国各地，比如第19组蝉，它们生活在中西部和从马里兰州到乔治亚州的东海岸。一些组的活动范围有所重叠，这意味着两组蝉可能生活在同一座城市。
周期蝉的同步性有助于生存。一年生蝉知道如何迅速从鸟类和鼹鼠等捕食者面前逃脱，而周期蝉不同，它们没有掌握逃生技巧。所以，“当它们少量出现时，就会被捉住，”Cooley说。
对于它们来说，越多越安全。当密集出现时（每4000平方米150万只蝉），单只蝉面临的风险几乎为零。
未解之谜
但为什么美国的这些蝉会进化出这么长的寿命，而且这个数字是素数？
“这是未解之谜之一，”Cooley说：“这一定非常特别，因为它很罕见。”
一种常见的解释是，这与躲避捕食者有关。漫长的生命周期，尤其是质数的生命周期，捕食者很难与之匹敌，因此也不可能专门捕食蝉。
但Cooley说，这种解释有缺陷：蝉的寿命没有11年或19年，这些也是质数。而且，有大量机会主义捕食者在等着周期蝉，甚至有一种真菌会专门杀死它们。
另一些研究则认为是冰川周期的缘故：蝉喜欢温暖的气候，所以末次冰期时的极度寒冷有利于进化出更长的生命周期。但Cooley也质疑了这种说法，因为冰川作用会影响所有蝉类，而非只有美国的蝉受影响。
美国林务局的昆虫学家Liebhold也认为，很难解释为什么美国东部的蝉的行为如此特别。他推测，这可能与当地的森林有关，这里以植物和昆虫高度多样性著称于世。
“如果周期蝉在某处进化，那很有可能是在这里，”Liebhold说。但他也补充说，这些物种进入特殊的生命周期可能纯属偶然。
蝉的未来
科学家们正在试图解开蝉身上的其他谜团。
有时候，周期蝉也会“晕头转向”。这些个体被称为“掉队者”，它们出现的时间或早或晚，每次误差1年或者4年。
圣约瑟夫山大学的行为与自然科学学院院长Gene Kritsky说，这种群组模式意味着一些“掉队者”可能会大量出现，经过多代后，最终形成新的群组。
Kritsky发现了一种十三年蝉，他认为蝉可能一直有这样的行为，但过去科学家的记录手段有限。现在，科学家可以利用制图技术，借助公民科学家的帮助，记录更大范围内蝉的情形。公民科学家可以通过圣约瑟夫山的“捕蝉”（Cicada Safari）应用，报告观察情况。
“我们在寻找蝉繁殖群是如何进化的，”他说：“我们必须弄清楚，它们如何适应这个大环境。”
（译者：Sky4）