从5月下旬到6月,周期蝉的X代将从地下钻出,它们在过去的17年中以若虫的形式以树根为食。在挖掘出来并蜕皮成成虫后,数十亿只巨大、笨拙、红眼睛的昆虫将唱起震耳欲聋的情歌。X代蝉上次出现是在1987年,它将为鸟类提供一场短暂而丰盛的盛宴,同时也为研究人员提供了难得的机会。着迷的博物学家们已经书写了关于周期蝉的四百年历史。但是,关于昆虫的周期或触发它们同步出现的原因,仍然有很多未知之处。
X代蝉可能是大约15个周期蝉(研究人员对确切数字有争议)中最大且研究最透彻的一代。几乎每年春天,都会有蝉群出现在大平原以东的某个地方。在全球范围内,研究人员已经识别出约3000种蝉,但只知道十几种蝉的生命周期。普利茅斯殖民地的州长威廉·布拉德福德于1633年首次描述了周期蝉,尽管美洲原住民可能在此之前就了解这种生物。17年的生命周期在不到一个世纪后被确定;到19世纪中期,博物学家已经认识到13年的蝉。
100多年来,着迷的数学家和生物学家一直试图解释为什么周期蝉进化出了这些质数周期。一种观点认为,不同的周期减少了资源竞争和杂交,因为同一地区的13年和17年蝉群每221年才会一起出现一次。但事实上,不同的周期蝉群往往分散分布;大多数蝉群之间的地理重叠很少。而且,它们几乎所有的竞争性进食都发生在它们漫长的地下岁月中,那时它们正在吸吮树根中的汁液。
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理论家还认为,这些古怪的生命周期可以帮助蝉避开生命周期较短的偶数周期捕食者和寄生虫。2001年,德国多特蒙德的马克斯·普朗克分子生理学研究所的研究人员报告说,质数生命周期是从他们的捕食者-猎物关系的数学模型中出现的。
然而,蝉研究人员对这种解释深表怀疑。康涅狄格大学的进化生物学家克里斯·M·西蒙指出,该理论尚未被证伪,因为它无法被检验。她的同事大卫·C·马歇尔指出,真正的周期性在蝉中是罕见的——大多数物种的独立群体每年都会出现。“如果周期蝉进化出越来越长的生命周期是为了避开同步寄生虫物种,”他指出,“那么为什么这显然没有发生在遭受捕食和寄生的其他数十种蝉物种身上,更不用说其他种类的昆虫和其他动物身上?”
对于像西蒙这样的生物学家来说,更令人好奇的是蝉群之间的相互作用。正如每年春天一样,康涅狄格大学的团队将绘制蝉的分布图,收集昆虫进行基因分析,并进行关于交配行为的小型实验。西蒙说,今年,研究人员将从肯塔基州和佐治亚州的部分地区采集样本,这些地区的X代蝉与13年蝉的XIX代和XXIII代相遇,并检查这些样本的DNA,以寻找过去杂交的证据。
此外,科学家们还对发育异常感到好奇:蝉群有时会减少或增加一个称为龄期的四年阶段。圣约瑟夫山学院的昆虫学家吉恩·克里茨基报告说,预计在2008年出现的17年蝉XIV代出现了加速发育。他将研究XIV代成员是否会在今年,提前四年与X代蝉一起出现。2000年,克里茨基还记录了今年的一些X代蝉的提前出现。他希望能够观察到2000年孵化的卵是否会坚持他们新的时间表,并在2017年出现——从而建立一个新的蝉群——而不是恢复到正常的X代年份,2021年。
塔比莎·M·波利奇从华盛顿特区地区撰写关于生物学和医学的文章。