下个月，上百亿“滋儿哇”将席卷美国！十七年蝉它回来啦
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下个月，著名的十七年蝉又要出土了，美国即将迎来大型“滋儿哇滋儿哇”现场。
“十七年蝉”蝉如其名：它们在地下蛰伏 17 年，时间一到，数十亿只一起破土而出——铺天盖地，聒噪喧嚣，交配留下后代，然后死亡、沉寂，产下的卵在地下孵化成若虫，等待另一个 17 年。
不同年份出现同一片地区的蝉群有各自的编号，今年爆发的群体被称为“Brood X”。这是最大的蝉群之一，数量预计达到上百亿，席卷美国约 15 个州，时间超过 1 个月，场面将十分壮观。它们的曾祖父在 1970 年出现时，还曾被鲍勃·迪伦写进 Day of the Locusts 的歌词里。
Brood X上一次出现还是在2004年 | Greg Hume / Wikimedia Commons
上百亿只蝉一起滋儿哇的场面有多壮观？这样的场景只有 17 年才能看到一次吗？为什么它们要在地下度过漫长的岁月？
事情还要先从一个夏天说起。
是谁在滋儿哇
2014 年 6 月，我刚结束了在太平洋西北为期一个多月的采集和考察工作，回到了美国中部的圣路易斯。
曾给我上过群落生态学课程的马奎斯教授问我，是否乐意参加一个特别的实习任务：调查离城市东北方向 100 公里以外一个公墓的生物多样性。我飞快地答应了，不止是为了丰厚的实习工资，能够定期近距离观察本地物种的多样性也让我心动。
“这绝对是个有趣的地方，埋葬死者的场所，同时成为了一座城市生物生生不息的自留地，”教授一边开着车一边说，“生命会自寻出路。”
当我们的车靠近公墓外面一圈橡树林的时候，由远及近，我仿佛听到了巨大的发动机轰鸣声。“这附近有私人机场吗？”我问。
宛如私人机场的蝉鸣，绝对精神污染 | Cicada Mania / YouTube
马奎斯教授摇下车窗，朝我神秘一笑：“我知道是什么了，跟我去看看吧。”
我们下了车，震耳欲聋的声浪越来越近。待走到几棵沼生栎面前，教授手臂一指，我看过去，在那棵树和临近的一小片林子，从树干到枝叶竟然密密麻麻地爬满了上千只红眼黑身的蝉——枉我是个业余的昆虫爱好者，也顿时感觉到了几分毛骨悚然。
原来这就是声音的来源，而它们也并不因为我们的靠近而禁声。再看地面，是厚厚的一层褐色的蝉蜕。我陡然感到了强烈的兴奋，“这是十七年蝉，对吗？”
是的，我们运气不错。教授说：“十七年蝉在美国和加拿大有 20 多个繁殖群体，几乎每一年在不同地方都会发生，但在一个地方往往只有一群。这里附近的估计就是这一批，它们的若虫在地下生活了17年才重见天日，上到地面交配繁殖产卵——下一次这个地方再见它们，就得17年之后了。”
2014年出现在爱荷华州的一地蝉蜕。这一年，爱荷华州出现了十七年蝉Brood III，路易斯安那州则出现了十三年蝉Brood XXII | entomologytoday.org
我心怀几分崇敬，又多拍了几张照片，留下这座骇人而壮观的扬声器，继续宣泄它们积蓄了 17 年的巨大生命力量。
潜伏多年，一朝出世
无论是城市还是农村长大的孩子，可能都不会对“知了”陌生。校园里的那棵大榕树上，教室边的垂柳上，一声声悠长或令人烦躁的蝉鸣拉开了一个个夏天的序幕。如果小时候有稍大些的孩子带着玩，那多半也用缠着蜘蛛丝的竹竿“粘”过知了，或者清晨在大树根边寻过蝉蜕。
和很多其它不完全变态昆虫一样，蝉的一生分为卵、若虫和成虫三个阶段，在进行最后一次蜕皮前，它们要在黑暗的地下生活很长一段时间，常常超过一年。大部分的蝉并不存在周期，它们的若虫在植物的地下根部或靠近地面的茎汲取了足够的营养，便会在春夏时爬到树干上蜕皮羽化；接着是交配、产卵、死亡，过完一生。这是我们见过的大部分蝉的生活。
我们身边更常见的是红脉熊蝉（Cryptotympana atrata），又称黑蚱蝉 | Will Liang / Flickr
而在北美有这么一类蝉，它们的若虫会在地下极其规律地生活 13 或 17 年，然后仿佛受到了征召一般，在几个星期的夏夜，上千万的个体一起破土而出，在一齐发出的山呼海啸的声浪里完成生命的最后阶段，然后死去、消失，直到下一个 13～17 年后再次出现。因为这些特征，它们被称为“周期蝉”。
蛰伏多年后的新生，如生命的隐喻；而周期蝉，真实地将这寓言般的故事演绎到了极致。
十七年之约
因为年代久远的资料缺失，我们已无从知道，北美原住民是如何看待这些大量出现、而后便消失十几年的神秘生命。到达北美的欧洲人也是在十七世纪后，才开始关注周期蝉，许多人都对这些蝉的生命周期进行了调查研究，做过相关记录的甚至包括美国开国元勋之一的本杰明·富兰克林和托马斯·杰弗逊。
因为出现时令人震撼的数量，十七年蝉在一些资料中被称作“noisy locusts（嘈杂的蝗虫）”。瑞典博物学家佩厄·卡尔姆在 1749 年造访美国时，详细观察和记录了当时爆发的周期蝉：“有足够多和确切的证据表明，这些令人惊奇的昆虫，每隔 17 年便会在宾夕法尼亚出现。这也意味着，除开那个奇异的夏天，其他时间它们都呆在地下。”
这些发现在欧洲引发了更多的关注和好奇。1785 年，生物分类学宗师卡尔·林奈在他的第 10 版《自然系统》中，将这种蝉首次命名为 Cicada septendecim，种加词即“十七年”之意。
1930年的书籍《昆虫的生存之道》中描绘的雌性十七年蝉 | R. E. Snodgrass
在之后的 100 年里，北美各地陆续发现了更多的周期蝉，它们大部分分布在美国东部至南部，一直到密西西比河谷地至大平原。人们也发现这些周期蝉的一些规律：
1）爆发周期除了 17 年，也有 13 年，再没有其它数目；
2）一个区域的周期蝉基本严格遵守周期规律，偶有少数个体提前或在爆发的第二年继续出现，此外的年份里了无踪迹；
3）几乎每一年，北美大地都会有一处或若干处周期蝉爆发。
在19世纪跟踪研究后，昆虫学家总结了 30 个繁殖群体（broods），这些群体大小不一，同一个群体总在同一年爆发，且分布在相近的区域内。可能因为气候变迁或者栖息地破坏，有两个群体在1870年和1953年之后再也没有出现，其它都依然如约爆发在北美特定的区域。
今年将出现的 Brood X 是最大的群体之一。如果你错过了今年，没关系，2024年也将是“大年”。十七年蝉 Brood XIII 和十三年蝉 Brood XIX 将在那一年同时爆发，在小半个美国都能看见它们。
更进一步的形态研究发现，根据如大小、翅脉、生殖方式和蝉鸣声等特征，这些周期蝉基本上可以分为3个物种，昆虫学家在学名之外将其取名为：Decim、Cassini 以及 Decula。同一形态的物种有 13 或 17 年型，而几乎每个同年同地爆发的繁殖群体里，都包含有这三个物种——令人惊奇的是，这三个物种极少发生杂交。
一只Cassini蝉 | Fontaine K, Cooley J, Simon C (2007)
也有昆虫学家根据 13 或者 17 年的不同爆发周期，将这三种蝉更细分为 6～7 个物种。另一些研究则表明，相同物种的蝉也会在 13 年和 17 年周期之间切换，这很可能是由单个基因或少数几个基因位点所控制的。
为什么要扎堆出现？
每一个好奇的人在知道十七年蝉之后，冒出的第一个问题都可能会是：为什么它选择的周期是十七年？
地球上所有生命都不可避免地要与其它生命发生联系。蝉是一类缺乏防御手段的昆虫，也因此成为了很多捕食者的目标。哺乳动物如浣熊、郊狼、负鼠、鼩鼱，鸟类如啄木鸟、蓝冠鸦、黑鹂、杜鹃等，均会以周期蝉为食，甚至陆龟、蛇、胡蜂、蜘蛛等也会捕食十七年蝉。此外，人类也会将蝉作为食物。
人类也会把蝉当成食物 | Ngguls / Wikimedia Commons
对于被捕食者而言，同步群聚出现是一个被演化所青睐的策略——集合成大群不仅可以增加繁殖成功率，进行集体预警防御，还能引发“捕食者饱和效应”。毕竟，一地一时的捕食者能够捕获的食物有限，成群出现则意味着，每个个体被捕食的概率将能极大地降低。这在自然界并不是个罕见的现象，海里的沙丁鱼群聚来面对捕食的鲨鱼，雪雁以数百万的集群来抗御金雕，周期蝉的爆发式出现和繁殖也容易理解。
但究竟是什么主导了一种长达 13 或 17 年的爆发周期？为什么它们不以 2 年、3 年或者 4 年出现？
我们可能永远无法知道所有问题的确切答案，但通过在演化生物学框架内使用分子生物学手段和计算机模拟技术，可以在很大程度上推测乃至复盘这些神奇生命形成的原因——13 或 17 是相对比较大的质数。
一只在2004年出现的Brood X | Pmjacoby / Wikimedia Commons
周期蝉的爆发式出现，必会引发捕食者或者寄生虫的波动。假如捕食者在周期蝉的繁殖地出现，那么它就会以这种充足的食物来源为基础，形成生存优势，扩大繁殖，提高种群数量。如果蝉与捕食者有着重合的周期，蝉的后代将在下一轮遇上数量可观的捕食者后代，这很可能对它们形成毁灭性的打击。因此，演化会更青睐那些与捕食者周期尽量不重合的周期蝉。
假如捕食者的周期为 a，一种周期蝉的周期为 b，那么这两者爆发期重合的最短时间就是 a 和 b 的最小公倍数。
如果捕食者以 2 年为繁殖周期，周期蝉以 4 年为周期，它们最短每隔 4 年就会重合出现——100 年里，这样的年份将有 25 次之多，这对四年蝉无疑是一记重拳。而如果是十七年蝉，两者周期重合的最短时间就是 2*17=34 年——这在 100 年里还不到 3 次。
并且，这种重合是存在叠加的。如果两者的周期总是重合，捕食者有了充足的食物就有可能繁殖得更多，周期蝉后代就会陷入被更多天敌捕食的悲惨境地。世代循环，形成强大的正向选择压。而如果周期蝉的周期是一个很大的数，这种正向增强就会被削弱。
一对正在交配的十七年蝉 | Fontaine K, Cooley J, Simon C (2007)
2012 年的一项研究表明，在十七年蝉出现的时候，它们的几种鸟类捕食者的种群数量降到了周期性的低点；这意味着，周期蝉前次爆发给捕食者带来的红利，经过漫长的 13 或 17 年，已经消失殆尽。
当然，以上可能是最为人所知的一种解释，另有几个有说服力的解释。比如，更新世（距今 260 万年至 1.17 万年）以来，不寻常的寒冷气候使周期蝉的周期大为延长，若虫可以有更大概率在相对温暖的地下，躲过偶尔出现的毁灭性冷夏。再比如，这样一种大的周期，可以避免 13 年和 17 年群体之间的杂交衰退——13 年周期和 17 年周期的蝉，如果没有异常气候变化，需要 221 年才可能重合在一起。
即使是手无寸铁几无防身技能的周期蝉，在演化的竞赛中也绝非弱者。
一只正在蜕皮的蝉 | Russkiypimp / Wikimedia Commons
夏天的十七年蝉，选择在嫩枝产卵，这也让它避开了地表活跃的捕食者。大约 6 周之后，从虫卵孵化出的若虫落回地面，钻入地下，寻找幼嫩的根尖获取少量营养。待更大一些，它会钻进更深的地下，寻找并抱住主根，将口器扎入木质部，吸取树汁。
直到那个注定的夏天再次来临，几千万只蝉破土而出，再次用声浪和足以阻塞交通的数量，给每一个已经将它们遗忘的、或是第一次见到它们的人，以巨大的震撼。
而下个月，属于Brood X的那个夏天，就要来了。
作者：钟蜀黍