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）