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本文圖片可能同時觸發蟲恐和密恐
這個月，著名的十七年蟬又要出土了，美國即將迎來大型“滋兒哇滋兒哇”現場。
雄蟬用蟬鳴吸引雌性（看圖已經覺得吵了） | Pixabay
“十七年蟬”蟬如其名：它們在地下蟄伏 17 年，時間一到，數十億只一起破土而出——鋪天蓋地，聒噪喧囂，交配留下后代，然后死亡、沉寂，產下的卵在地下孵化成若蟲，等待另一個 17 年。
不同年份出現同一片地區的蟬群有各自的編號，今年爆發的群體被稱為“Brood XIII”。
今年更是“周期蟬”爆發的大年，除了十七年蟬 Brood XIII 外，十三年蟬 Brood XIX 也在今年同時爆發，數量預計達到一萬億，在小半個美國都能看見它們，場面將十分壯觀。
十七年蟬和十三年蟬都在2024年爆發 | US Forest Service /Wikimedia Commons
而且，由于13和17都是質數，這兩類蟬每隔221年才能同時出現一次，上一次出現這種情況還是在1803年，而下一次就得是2245年了。
那么，上萬億只蟬一起滋兒哇的場面有多壯（chǎo）觀（nào）？這樣的場景只有17或13年才能看到一次嗎？為什么它們要在地下度過漫長的歲月？
潛伏多年，一朝出世
無論是城市還是農村長大的孩子，可能都不會對“知了”陌生。校園里的那棵大榕樹上，教室邊的垂柳上，一聲聲悠長或令人煩躁的蟬鳴拉開了一個個夏天的序幕。如果小時候有稍大些的孩子帶著玩，那多半也用纏著蜘蛛絲的竹竿“粘”過知了，或者清晨在大樹根邊尋過蟬蛻。
和很多其它不完全變態昆蟲一樣，蟬的一生分為卵、若蟲和成蟲三個階段。在進行最后一次蛻皮前，它們要在黑暗的地下生活很長一段時間，常常超過一年。大部分的蟬并不存在周期，它們的若蟲在植物的地下根部或靠近地面的莖汲取了足夠的營養，便會在春夏時爬到樹干上蛻皮羽化；接著是交配、產卵、死亡，過完一生。這是我們見過的大部分蟬的生活。
我們身邊更常見的是紅脈熊蟬（Cryptotympana atrata），又稱黑蚱蟬 | Will Liang / Flickr
而在北美有這么一類蟬，它們的若蟲會在地下極其規律地生活13或17年；然后仿佛受到了征召一般，在幾個星期的夏夜，上千萬的個體一起破土而出，在一齊發出的山呼海嘯的聲浪里完成生命的最后階段；然后死去、消失，直到下一個13或17年后再次出現。
因為這些特征，它們被稱為“周期蟬”。
周期蟬 | David Gumbart / TNC
蟄伏多年后的新生，如生命的隱喻；而周期蟬，真實地將這寓言般的故事演繹到了極致。
十七年之約
因為年代久遠的資料缺失，我們已無從知道，北美原住民是如何看待這些大量出現、而后便消失十幾年的神秘生命。到達北美的歐洲人也是在17世紀后才開始關注周期蟬，許多人都對這些蟬的生命周期進行了調查研究，做過相關記錄的甚至包括美國開國元勛之一的本杰明·富蘭克林和托馬斯·杰弗遜。
因為出現時令人震撼的數量，十七年蟬在一些資料中被稱作“noisy locusts（嘈雜的蝗蟲）”。
它的噪音大約100分貝，比割草機還要吵 | CNN
瑞典博物學家佩厄·卡爾姆在1749年造訪美國時，詳細觀察和記錄了當時爆發的周期蟬：“有足夠多和確切的證據表明，這些令人驚奇的昆蟲，每隔17年便會在賓夕法尼亞出現。這也意味著，除開那個奇異的夏天，其他時間它們都呆在地下。”
這些發現在歐洲引發了更多的關注和好奇。1785年，生物分類學宗師卡爾·林奈在他的第10版《自然系統》中，將這種蟬首次命名為Cicada septendecim，種加詞即“十七年”之意。
1930年的書籍《昆蟲的生存之道》中描繪的雌性十七年蟬 | R. E. Snodgrass
在之后的 100 年里，北美各地陸續發現了更多的周期蟬，它們大部分分布在美國東部至南部，一直到密西西比河谷地至大平原。人們也發現了這些周期蟬的一些規律：
1）爆發周期除了 17 年，也有 13 年，再沒有其它數目；
2）一個區域的周期蟬基本嚴格遵守周期規律，偶有少數個體提前或在爆發的第二年繼續出現，此外的年份里了無蹤跡；
3）幾乎每一年，北美大地都會有一處或若干處周期蟬爆發。
在19世紀跟蹤研究后，昆蟲學家總結了 30 個繁殖群體（broods），這些群體大小不一，同一個群體總在同一年爆發，且分布在相近的區域內。可能因為氣候變遷或者棲息地破壞，有兩個群體在1870年和1953年之后再也沒有出現，其它都依然如約爆發在北美特定的區域。
更進一步的形態研究發現，根據如大小、翅脈、生殖方式和蟬鳴聲等特征，這些周期蟬基本上可以分為3個物種，昆蟲學家在學名之外將其取名為：Decim、Cassini 以及 Decula。同一形態的物種有13或17年型，而幾乎每個同年同地爆發的繁殖群體里，都包含有這三個物種——令人驚奇的是，這三個物種極少發生雜交。
一只Cassini蟬 | Fontaine K, Cooley J, Simon C (2007)
也有昆蟲學家根據13或者17年的不同爆發周期，將這三種蟬更細分為6～7個物種。另一些研究則表明，相同物種的蟬也會在13年和17年周期之間切換，這很可能是由單個基因或少數幾個基因位點所控制的。
為什么是17、13這類質數年？
每一個好奇的人在知道十七年蟬之后，冒出的第一個問題都可能會是：為什么它選擇的周期是十七年？
地球上所有生命都不可避免地要與其它生命發生聯系。蟬是一類缺乏防御手段的昆蟲，也因此成為了很多捕食者的目標。哺乳動物如浣熊、郊狼、負鼠、鼩鼱，鳥類如啄木鳥、藍冠鴉、黑鸝、杜鵑等，均會以周期蟬為食，甚至陸龜、蛇、胡蜂、蜘蛛等也會捕食十七年蟬。此外，人類也會將蟬作為食物。
人類也會把蟬當成食物 | Ngguls / Wikimedia Commons
對于被捕食者而言，同步群聚出現是一個被演化所青睞的策略——集合成大群不僅可以增加繁殖成功率，進行集體預警防御，還能引發“捕食者飽和效應”。
畢竟，一地一時的捕食者能夠捕獲的食物有限，成群出現則意味著，每個個體被捕食的概率將能極大地降低。這在自然界并不是個罕見的現象，海里的沙丁魚群聚來面對捕食的鯊魚，雪雁以數百萬的集群來抗御金雕，周期蟬的爆發式出現和繁殖也容易理解。
蟬剛蛻殼時最脆弱，要等30分鐘翅膀才會變硬 | David Gumbart/TNC
但究竟是什么主導了一種長達13或17年的爆發周期？為什么它們不以2年、3年或者4年出現？
我們可能永遠無法知道所有問題的確切答案，但通過在演化生物學框架內使用分子生物學手段和計算機模擬技術，可以在很大程度上推測乃至復盤這些神奇生命形成的原因——13或17是相對比較大的質數。
一只在2004年出現的Brood X | Pmjacoby / Wikimedia Commons
周期蟬的爆發式出現，必會引發捕食者或者寄生蟲的波動。假如捕食者在周期蟬的繁殖地出現，那么它就會以這種充足的食物來源為基礎，形成生存優勢，擴大繁殖，提高種群數量。如果蟬與捕食者有著重合的周期，蟬的后代將在下一輪遇上數量可觀的捕食者后代，這很可能對它們形成毀滅性的打擊。因此，演化會更青睞那些與捕食者周期盡量不重合的周期蟬。
假如捕食者的周期為a，一種周期蟬的周期為b，那么這兩者爆發期重合的最短時間就是a和b的最小公倍數。
如果捕食者以2年為繁殖周期，周期蟬以4年為周期，它們最短每隔4年就會重合出現——100年里，這樣的年份將有25次之多，這對四年蟬無疑是一記重拳。而如果是十七年蟬，兩者周期重合的最短時間就是2*17=34年——這在100年里還不到 3 次。
并且，這種重合是存在疊加的。如果兩者的周期總是重合，捕食者有了充足的食物就有可能繁殖得更多，周期蟬后代就會陷入被更多天敵捕食的悲慘境地。世代循環，形成強大的正向選擇壓。而如果周期蟬的周期是一個很大的數，這種正向增強就會被削弱。
一對正在交配的十七年蟬 | Fontaine K, Cooley J, Simon C (2007)
2012年的一項研究表明，在十七年蟬出現的時候，它們的幾種鳥類捕食者的種群數量降到了周期性的低點；這意味著，周期蟬前次爆發給捕食者帶來的紅利，經過漫長的13或17年，已經消失殆盡。
當然，以上可能是最為人所知的一種解釋，另有幾個有說服力的解釋。比如，更新世（距今260萬年至1.17萬年）以來，不尋常的寒冷氣候使周期蟬的周期大為延長，若蟲可以有更大概率在相對溫暖的地下，躲過偶爾出現的毀滅性冷夏。再比如，這樣一種大的周期，可以避免13年和17年群體之間的雜交衰退——13年周期和17年周期的蟬，如果沒有異常氣候變化，需要221年才可能重合在一起。
即使是手無寸鐵幾無防身技能的周期蟬，在演化的競賽中也絕非弱者。
一只正在蛻皮的蟬 | Russkiypimp / Wikimedia Commons
夏天的十七年蟬，選擇在嫩枝產卵，這也讓它避開了地表活躍的捕食者。大約6周之后，從蟲卵孵化出的若蟲落回地面，鉆入地下，尋找幼嫩的根尖獲取少量營養。待更大一些，它會鉆進更深的地下，尋找并抱住主根，將口器扎入木質部，吸取樹汁。
直到那個注定的夏天再次來臨，幾萬億只蟬破土而出，再次用聲浪和足以阻塞交通的數量，給每一個已經將它們遺忘的、或是第一次見到它們的人，以巨大的震撼。
左滑提前感受十七年蟬來襲 | Chip Somodevilla（2021）
而這個月，屬于十七年蟬的那個夏天，就要來了。
作者：鐘蜀黍
編輯：姜阿Beau，日歷娘
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