十七年蟬即將破土而出,美國將迎來數百萬只蟬
一隻週期蟬,又稱十七年蟬,出現在馬里蘭州。攝影:GEORGE GRALL, NAT GEO IMAGE COLLECTION
撰文:AMY MCKEEVER
每年,在北美地區,隨着氣温升高,熟悉的嗡嗡聲和咔噠聲也開始出現,這意味着蟬從地下洞穴鑽出地面,尋找配偶。然而,每隔10年左右,幾百萬只蟬幾乎同時出現,這種嘈雜的聲音就會變得震耳欲聾。它們會逗留差不多一個月,然後死去。
今年春天,第10組蟬(Brood X)將會出現在大西洋中部,這是它們自2004年以來第一次登場。在十七年蟬中,第10組蟬體型最大,數量多達幾千億隻。
全世界共有3000種蟬,其中只有7種擁有同步生命週期,也就是説,它們每13年或17年才會破土而出。這種週期蟬僅生活在美國中部和東部。
蟬的大規模出現會給樹木帶來一定的破壞,但它們不會像蝗蟲那樣,吞噬作物。相反,它們會修剪樹枝,死後把營養物質送回土壤,為生態系統做出貢獻,它們還給鳥類和其他動物提供了豐富的食物來源。
“週期蟬是一種非常神奇和特別的昆蟲,”美國林務局的昆蟲學家Andrew Liebhold説。
為什麼這些蟬會形成這麼獨特的生命週期?為什麼只出現在美國中部和東部?科學家仍在尋找這些問題的答案,讓我們先一起看看這些蟬吧。
同步發生
所有的蟬生命最初都是一樣的:雌性在樹枝上產卵,6到10周後,這些卵孵化成若蟲,落到地面並挖洞。它們一生大部分時候都待在這些洞穴裏,吸取植物根部的汁液,在變成成蟲之前,會蜕殼5次。鑽出地面後,雄性召喚配偶,雌性拍打翅膀作為回應。然後,4到6周內,它們就會死去。
不過,不同種類的蟬,若蟲成熟的時間也有所不同。蟬大致可以分為兩類:一年生蟬和週期蟬。
大部分蟬都被認為是一年生蟬,雖然這種説法有一點不恰當,因為它們的壽命比一年長一點,大約是2到5年,具體取決於它們達到成熟體型和體重所需要的時間。這些蟬的生命週期並不同步,所以它們會在每年夏天的不同時間出現。
而週期蟬則會大規模出現,並因此登上新聞頭條。它們屬於週期蟬屬,包括4種十三年蟬和3種十七年蟬。
康涅狄格大學的昆蟲學家John Cooley説,相對較長的生命週期並不能區分週期蟬和一年生蟬。事實上,它們到達成年的速度大致相同,並有規律地同步出現。
週期蟬通過計算樹根汁液的季節性變化來做到這一點。“它們不會記錄時間,而是計算(植物的)生長週期,”Cooley説。他的週期蟬繪製項目最初由國家地理學會資助。
一旦植物完成了13個或17個週期,若蟲就會等到土壤温度合適(約18度)的時候,飛向天空。
越多越安全
鑑於它們的壽命漫長而且同步,你可能會認為看見週期蟬是比較罕見的事情。但真實情況是,這些昆蟲每年都會成羣結隊地出來,只不過是在美國的不同地區。這是因為按照地理位置不同,它們分為15組。
這些蟬大部分由多種週期蟬組成,但它們的壽命相同:12組十七年蟬,剩下3組是十三年蟬。同一組蟬彼此之間是同步的,但與另一組蟬不同步。
每組蟬都有自己的活動範圍。有一些侷限於較小的區域,比如第7組蟬只生活在紐約北部地區;另一些則分散在全國各地,比如第19組蟬,它們生活在中西部和從馬里蘭州到喬治亞州的東海岸。一些組的活動範圍有所重疊,這意味着兩組蟬可能生活在同一座城市。
週期蟬的同步性有助於生存。一年生蟬知道如何迅速從鳥類和鼴鼠等捕食者面前逃脱,而週期蟬不同,它們沒有掌握逃生技巧。所以,“當它們少量出現時,就會被捉住,”Cooley説。
對於它們來説,越多越安全。當密集出現時(每4000平方米150萬隻蟬),單隻蟬面臨的風險幾乎為零。
未解之謎
但為什麼美國的這些蟬會進化出這麼長的壽命,而且這個數字是素數?
“這是未解之謎之一,”Cooley説:“這一定非常特別,因為它很罕見。”
一種常見的解釋是,這與躲避捕食者有關。漫長的生命週期,尤其是質數的生命週期,捕食者很難與之匹敵,因此也不可能專門捕食蟬。
但Cooley説,這種解釋有缺陷:蟬的壽命沒有11年或19年,這些也是質數。而且,有大量機會主義捕食者在等着週期蟬,甚至有一種真菌會專門殺死它們。
另一些研究則認為是冰川週期的緣故:蟬喜歡温暖的氣候,所以末次冰期時的極度寒冷有利於進化出更長的生命週期。但Cooley也質疑了這種説法,因為冰川作用會影響所有蟬類,而非只有美國的蟬受影響。
美國林務局的昆蟲學家Liebhold也認為,很難解釋為什麼美國東部的蟬的行為如此特別。他推測,這可能與當地的森林有關,這裏以植物和昆蟲高度多樣性著稱於世。
“如果週期蟬在某處進化,那很有可能是在這裏,”Liebhold説。但他也補充説,這些物種進入特殊的生命週期可能純屬偶然。
蟬的未來
科學家們正在試圖解開蟬身上的其他謎團。
有時候,週期蟬也會“暈頭轉向”。這些個體被稱為“掉隊者”,它們出現的時間或早或晚,每次誤差1年或者4年。
聖約瑟夫山大學的行為與自然科學學院院長Gene Kritsky説,這種羣組模式意味着一些“掉隊者”可能會大量出現,經過多代後,最終形成新的羣組。
Kritsky發現了一種十三年蟬,他認為蟬可能一直有這樣的行為,但過去科學家的記錄手段有限。現在,科學家可以利用製圖技術,藉助公民科學家的幫助,記錄更大範圍內蟬的情形。公民科學家可以通過聖約瑟夫山的“捕蟬”(Cicada Safari)應用,報告觀察情況。
“我們在尋找蟬繁殖羣是如何進化的,”他説:“我們必須弄清楚,它們如何適應這個大環境。”
(譯者:Sky4)