那是 2011 年。巴拉克·奥巴马担任总统，NASA 的航天飞机正在退役，泰勒·斯威夫特正在进行她的第二次巡回演出——在美国东南部的广阔区域，数十亿只微小的刚出生的蝉从树枝上如雨般落下，钻入土壤。
今年春天，那些相同的蝉，现在已经长大，将 13 年来首次冒险来到地面之上。这是一种奇妙的同步，使它们能够在大量以美味、毫无防御能力的昆虫为食的动物中茁壮成长。但是像这样的周期蝉如何设法协调它们每 13 年——或者对于某些物种，每 17 年——一次的震耳欲聋的出现呢？毕竟，蝉没有配备闹钟或日历，而且它们在地下度过了十多年。
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“十七年对于任何事物来说都是一个异常长的时间来追踪，”乔治华盛顿大学的昆虫生态学家约翰·利尔说。“我连五年都记不住，更不用说 17 年了——所以昆虫是如何做到这一点的真是太了不起了。”
2024 年，将出现两个不同的周期蝉群：13 年蝉第十九族，它将覆盖美国东南部的大部分地区，以及 17 年蝉第十三族，它将集中在伊利诺伊州北部。还会有一些来自其他族的掉队者。当它们确实犯错时，蝉最常将它们的出现时间错开一年或四年——明年，另一个庞大的 17 年蝉群体，第十四族，将在东海岸和俄亥俄河流域的部分地区出现。
但是，这些昆虫，无论是准时的还是提早的，都没有标记时间的流逝。相反，周期蝉有一个技巧：它们计算它们所食用的树木的生长周期。
这种蝉的物种，Magicicada septendecim，是七种蝉之一，它们的成员将在今年春夏从地下破土而出。
列文·比斯
在它们漫长的地下生活期间，这些昆虫吸食木质部汁液，这是一种营养贫乏但富含水分的液体，从树根尖端向上移动到树冠。每年，当树木发芽和开花时，其木质部会在短时间内富含氨基酸，这使得一个研究团队称其为“春季灵药”。蝉似乎会计算每次春季灵药的冲刷：当这些研究人员从一个 17 年蝉族中取出 15 岁的蝉，并操纵昆虫的食物树，使其在一年内生长两次叶子时，瞧——蝉提前一年出现，因为它们已经计算了所需的 17 次叶子生长。
“我们知道那是它们计算的东西。它们在哪里在墙上做小小的粉笔标记，我们不知道，”乔治城大学的昆虫生态学家玛莎·韦斯说。“我们真的不明白它们是如何追踪它的。”
美国的七种周期蝉物种因其同步出现而特别引人注目且广为人知，但该国总共有约 150 种物种。美国的非周期性物种被称为“年度蝉”，因为其中一些物种每年都会出现。但康涅狄格大学研究蝉的生物学家约翰·库利说，科学家们尚不确切知道这些昆虫能活多久，或者它们是否像 13 年和 17 年蝉那样明显地携带内部计数器。“它们每年夏天都会出来，所以很难追踪，而且地下的一切都很混乱，”他谈到年度品种时说。
库利说，发现一个计数器，至少在周期蝉中，将是一项相对简单的任务——尽管这是一项非常昂贵的任务。他说，研究人员可以简单地分析足够多的从幼虫到成虫阶段的蝉，并在昆虫的内部状态中寻找模式。
库利说，比找到神秘的计数器更具挑战性的是理解这种机制以及它所促成的奇异生活方式最初是如何进化的。一种假设将周期性行为与曾经覆盖蝉当前领土大部分地区的冰川联系起来；其他科学家则指出这种策略如何帮助这些昆虫躲避捕食者。
但库利认为，虽然冰川历史或大量捕食者都不罕见，但周期蝉当然是罕见的——全球已知的约 3,400 种蝉物种中只有九种同步周期性出现——所以还有其他原因。“无论导致这种生活史模式进化的环境是什么，它们都是罕见的，而罕见的事物总是最难研究的，”他说。“我们无法告诉你为什么会进化成这样；我们只知道这一定是某些特殊情况的集合。”
因此，今年春夏，如果您居住在美国东部或前往美国东部，请尝试沉浸在周期蝉的神秘感中，无论它们变得多么吵闹。库利说，这种出现“确实是世界七大生物奇迹之一。在全世界任何其他地方，你都看不到如此多的周期蝉物种。“这是世界上任何其他人都无法享有的特权。”