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2024.05.05 Henry刘宪华 ins/X更新

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“周期蝉”

这里即将同时出现一万亿只蝉,连起来能绕地球600多圈。亿点点吵,好在不咬人。

很快,大约一万亿只周期蝉将同时出现在美国的伊利诺伊州。它们长着黑色的身体、血红色的大眼睛和橙色的翅膀,将齐声发出刺耳的尖叫,宣告生命的大和谐。

一只成年周期蝉通常体长2.5~3.8厘米,如果按照每只仅2.5厘米计算,那么将一万亿只蝉首尾相连将长达2500万千米,相当于绕地球624圈。

吵闹的“数学家”
全世界共有超过3400种蝉,其中大部分种类会在每年夏季出现,因此被称为“一年蝉”(annual cicada)。然而,有9种蝉非常特殊,它们会以4、8、13或17年为生命周期地间隔出现,被称为“周期蝉”(periodical cicada)。

目前全球已知的周期蝉共有9种,其中7种生活在北美洲,均属于周期蝉属(Magicicada),它们是13年蝉和17年蝉;生活在斐济的是8年蝉,而生活在印度东北部的是4年蝉,与4年一届的世界杯同时出现,因此又名“世界杯蝉”(World Cup cicada)。

在美国,13年蝉和17年蝉分布在不同的区域:13年蝉一般分布在美国南部和中西部,而17年蝉主要分布在美国北部。地理区域的分隔加上不同步的漫长生命周期,使得这些周期蝉会以一群一群的形式在不同年份、不同时间出现。

根据周期蝉出现的年份,昆虫学家查尔斯·莱斯特·马拉特(Charles Lester Marlatt)在1907年用1(I)到30(XXX)的罗马数字,将这些蝉命名成了不同“窝”(brood)。每一窝周期蝉都可能由单一或不同物种组成,仅仅是因时间上同步而被划分为一类。例如,17年内最多会出现17窝不同的17年蝉,因此他将1893-1909年间出现的17年蝉依次编码为I到XVII;相应地,在1893-1905年间出现的13年蝉则被继续编码为XVIII至XXX。

不过,30窝只是北美理论上可能存在的周期蝉窝数。实际上,科学家并非在所有年份都观察到了相应的17年蝉或13年蝉。而且,某些窝的周期蝉甚至已经灭绝,例如编号为XXI和XI的周期蝉分别在19世纪70年代和20世纪50年代之后就不复存在。因此,北美目前实际上只有15窝周期蝉,其中12窝是17年蝉,剩下3窝是13年蝉。

由于13年蝉和17年蝉并非年年出现,因此就会出现某些年份只有一窝周期蝉,某些年份没有周期蝉,某些年份出现两窝周期蝉的现象。由于资源有限,同一地区通常只会有一种周期的周期蝉(13年蝉或17年蝉),窝与窝之间通常不太出现重合。因此,当两窝周期蝉同时出现时,它们之间一般隔着一段距离。

但今年较为特殊,编号为XIII的17年蝉和编号为XIX的13年蝉遇到了它们的最小公倍数:221年。这两窝蝉的地理位置都位于美国伊利诺伊州的中北部,十分相近,甚至在某些小片的树林中可能存在一定重叠(特别是在斯普林菲尔德市附近)。因此,虽然伊利诺伊州的居民不太会发现家门口蝉的数量变得格外多,但他们可能会发现,在某些特定的区域,哪儿哪儿都是蝉。伊利诺伊州居民上一次见到这样的景象还是1803年,而下一次就得是2245年了。

蝉实在是一种过于喧嚣的生物,声音可能超过90分贝,已经超出了美国职业安全与健康研究所(NIOSH)规定的噪声建议暴露限值(REL)——85分贝。不过,好在它们的寿命很短,通常只有几周时间。因此,只需忍耐一个多月,伊利诺伊州的居民就会感到周围喧嚣的蝉鸣渐渐变弱,取而代之的是满地的周期蝉尸体,以及难闻的腐烂气味。

科学家也对今年这两窝周期蝉同时出现的现象很感兴趣,由于地理区域上存在一定重叠,他们猜测两窝之间可能会出现“杂交”。此前的研究认为,当13年蝉和17年蝉杂交后,并不会出现“15年蝉”这样的物种,而是会根据占主导地位的基因,产生13年蝉或17年蝉。不过,这些蝉等到下一个生命周期时会产生怎样的后代,也许会有些变化。但如果它们的后代不再是13年蝉或17年蝉,它们就无法与“大部队”保持一致,这可能会使它们更容易被天敌吃掉,因此繁衍成一个全新周期的种群恐怕还需要很长的时间。

“数学家”的一生
周期蝉的若虫(nymph)生活在地下。在黑暗的环境中,它们用口器吸食树根中的鲜美汁液,从一只小蚂蚁的大小长到几厘米。每隔13或17年的春天,当气温渐渐回升,土壤中的温度达到十七八度时,它们便会开始向地面进发。因此,不同地区周期蝉出现的时间不尽相同。

通常,在气温较高的地区,周期蝉会较早出现,例如生活在美国南卡罗来纳州的周期蝉一般在4月下旬出现;而在较为凉爽的地区,它们则出现得较晚,例如密歇根州的周期蝉可能直到6月才会出现。

破土而出的周期蝉若虫会爬上一棵附近的植被,找到一个合适的位置开始蜕皮,然后进入成虫阶段。它们会花一周左右的时间,等待自己的外骨骼变硬,从白色变为黑色。这时,它们便为寻找伴侣做好了准备。

随后,雄性周期蝉聚集在高高的、阳光照射的树枝上,发出响亮的叫声,这里是它们的“相亲角”。雄性周期蝉并非独自求偶,而是作为一个合唱团向雌性发出邀请。它们会在附近飞来飞去,同时相互交替“歌唱”,等待雌性发出的回应:她们以特定的频率快速振动翅膀,发出不同频率的声音。雄性周期蝉目睹这一切,也听到雌性“爱的呼唤”,叫得更欢了。它慢慢靠近心仪的雌性,与之一起“情歌对唱”。它们唱啊,唱啊,直到完成交配。

交配后的雌性会在树枝上产卵,一只雌蝉最多可产下600枚卵。6~10周后,这些卵又会孵化出新的若虫。此时,它们的父母早已死去,它们只能靠自己生存。于是这些若虫纷纷从树枝上落下,潜入土壤深处,像它们的父母一样,等待下一个13年或17年后的破土而出。

被扰乱的“数学家”
为何周期蝉要采用如此奇怪的繁殖方式,它们又是如何精确控制破土而出的时间呢?

与其他种类的蝉相比,周期蝉的飞行能力更差。但是,它们的密度高得惊人,最高可达每平方米370只(想象一块地板砖上落满了370只蝉的场景)。这种同时出现大量个体的策略,使得这些物种从捕食者口中幸存下来的可能性大大增加。毕竟,它们的天敌无处不在,鸟类、蜘蛛、哺乳动物等都在虎视眈眈。周期蝉选择用庞大的数量填饱天敌的肚子,而它们短暂的寿命,以及每13年或17年才出现一次的漫长生命周期,又使得这些天敌来不及大量繁殖,因此在它们下一次破土而出时,天敌的数量不会有太大变化。

为了在黑暗的环境中记录时间,周期蝉也有特殊的技巧:它们能根据树木的生长周期判断时间的流逝。每年春季,当树木开始发芽和开花时,其木质部的氨基酸含量会短暂地增加。因此,当周期蝉若虫在地下吸食树根汁液时发现了这种变化,它们就会意识到,新的一年开始了。等到它们数到13次或17次,就会起身开始新的生命旅程。

虽然周期蝉大多数情况下会“如期而至”,但某些时候它们也可能因某些因素而“掉队”(straggling)。例如,科学家可以改变树木生长的节奏,让它在某一年发芽两次,周期蝉便会相应提前一年破土。此外,在非实验条件下,人们在2017年曾观察到,原本应该在2021年破土而出的编号为X的17年蝉提前4年破土而出,成为了13年蝉。一些人认为这可能与气候变化有关,但目前结论尚不明晰。

不过,气候变暖的确会影响周期蝉的周期,因为它们对温度十分敏感。也有一些人认为,大自然中之所以能演化出13年蝉,就是源于一场“气候冲击”。相比于17年蝉,13年蝉的形成要晚得多,因此部分科学家认为13年蝉的祖先可能就是17年蝉,只是因环境条件的突然改变才转为了13年蝉。另一些研究也表明,降水模式的改变可能影响蝉破土而出的时间。

此外,人类对土地的利用也可能改变它们的生命周期。因为周期蝉的栖息地是落叶林,这种环境为他们提供了充足的食物来源。如果一块栖息地不足0.5平方千米,它们可能就无法维系健康的种群。人类活动使得栖息地破碎化,可能会改变当地周期蝉的生活节奏,甚至让它们灭绝。

如果未来气候和环境进一步改变,这些“数学家”或许也将开始研究新课题。

记录一下5.2漫展初体验,大概统计了一下被集邮次数100+
P1首先,我后悔亖了没去问真一劳斯的联系方式(帅哥都有一种生人勿近的气质[泪])但是我真的想找个帅哥作cos搭子,早知道出蕾拉了5555
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