2024年04月29日05:12:09 寵物 2915

蟬鳴，春夏季節自然交響樂中里最為重要的音符，在每個昏昏沉沉的午後，總有那麼幾隻蟬躲在樹葉下，用絲絲蟬鳴伴我們入眠。

但，如果把這個基數放大到幾百萬、甚至上億隻蟬，那恐怕畫面就變得有些驚悚了……

這種鼓噪的場景，正是發生在美國東部部分地區的真實寫照。從本月開始，美國部分地區將迎來221年來最大規模的「蟬災」，屆時會有數萬億隻蟬走出地下，進行異常喧鬧的歌唱和交配活動。專家預測，今年美東部分地區每英畝土地上將會出現至少100萬隻蟬，大量蟬聚集產生的噪音會超過110分貝，令人崩潰。

喜愛自然的讀者們想必知道，蟬是一種生活周期很獨特的生物。在每年的夏末秋初，成年蟬在樹枝上鑽洞產卵，蟬的若蟲孵化之後，就會掉落到地上鑽進土裡，一邊吸食樹木根部的汁液，一面靜靜地蟄伏。根據各類蟬的不同，有的蟬會在土壤里蟄伏一兩年，還有的會蟄伏十幾年。終於在多年之後，長大的若蟲在某個夏夜破土而出，經過蟬蛻、羽化，變成會飛行的成年蟬。

在我們慣常的認知里，我們每年都可以見到蟬，每年的蟬總量也大致均衡，這是因為大多數蟬每年都有新的卵孵化，每年也有成熟的蟬破圖而出——比如一種蟬需要在土壤中蟄伏3年，那麼我們2017年可以見到出生於2014年的蟬，2018年可以見到出生於2015年的蟬，2019年可以見到出生於2016年的蟬。

但在美國東部的一些地方，有7種蟬卻並不是這樣——它們總是在同一年產卵孵化、然後在土壤中靜靜地蟄伏13年或17年，直到某一年又同時破土而出。而在這13年或17年中的任意一年，你完全看不到它們的蹤跡！在2016年就有這樣一種蟬出現在美國馬里蘭州，而直到2033年，馬里蘭州才會再次出現這種周期蟬。

因為這樣奇特的習性，這7種蟬被稱為周期蟬（magicicada），它們只生活在北美東部，其中4種13年蟬主要分布在美國東南部，3種17年蟬主要分布在美國東北部及加拿大部分地區。「周期」的意思，就是指的它們會遵循某個周期集中出現。

周期蟬的這種周期性集中出現的現象十分引人注目，由於所有的蟬都集中在某一年集中出現，導致它們的總量看起來非常驚人：在周期蟬出土的年份里，你一鐵鍬挖下去，都能挖出幾百隻蟬蛹（知了猴），而每棵樹上，都有幾百隻周期蟬再不斷地向上攀爬，其密度，可以達到每英畝（大約換算成中國的6畝多一點）150萬隻之巨！這一壯觀景象可把第一批來到北美的歐洲殖民者嚇壞了，也引起了包括富蘭克林在內的學者們的高度興趣，他們馬上著手研究，試圖搞清楚為什麼這種蟬和其它蟬如此不同。

為了方便研究，學者們把1893至1909這17年里出現的17年周期蟬分為了17個群，以1-17編號，1893到1905這13年里出現的13年周期蟬分為了13個群，一18-30編號（沒錯，周期蟬的同步性只在本群內部，不同群之間則是錯開的）。但是，有一些年份里，是沒有周期蟬出現的，所以有些編號是空白的，也有兩群周期蟬曾經出現過後來卻絕跡了，比如編號為11的17年蟬，在1954年之後就再也沒有出現過，以及編號為21的13年蟬，在1870年之後就再也沒出現過，這樣現在還會定期出現的周期蟬，只剩下了15組，它們的分布情況是這樣的：

是什麼樣的自然選擇，導致了周期蟬出現了這麼特殊的生命周期呢？

第一種觀念認為，周期蟬起源於180萬年前，其間發生了多次冰期，在冰期，會不規律的出現寒冷的夏季，雖然蟬蛹躲在土中可以躲避嚴寒，但如果在冷夏出土，蟬就會凍死，而出土周期較長的蟬，可以減少族群暴露在地面上的幾率，最大可能的避開了這些冷夏。有研究表明，如果假設在1500年的時間裡，每隔50年左右出現一次冷夏，那麼，每7年出土一次的蟬，只有7%可以躲開冷夏倖存下來，每11年出土一次的蟬，只有51%的幾率可以躲開冷夏倖存下來，而17年蟬，則可以有96%的幾率躲開這些冷夏！

這樣看來，在那個寒冷的時代里，生命周期很短的其它蟬可能都被凍死了（今天生活在當地的短壽命的蟬，可能是從別的地方搬家過來的），只有生命周期較長的蟬得以倖存。

可是為什麼這些蟬只有固定的周期才會出現呢？我們還可以用2016年出現在馬里蘭州的17年蟬為例子。它們的祖先，很可能也和其它蟬一樣，每年都會出現，每次出現的都是17年之前出生的蟬，但17年蟬也有4%的幾率會遇到冷夏，可能在這漫長的冰河期內，其它的周期蟬也很不幸運的遇到了4%的小概率事件，被寒冷一窩端了，只有這一組倖存至今。

我們可以看到，周期蟬的生命周期如此的長，可能是在環境的篩選之下，被逼出來的，但是環境的惡劣也是有限度的，可能北美東北部的氣候惡劣程度，剛好可以讓17年以及17年左右的蟬倖存下來。儘管我們推斷當時也可能演化出了20年、30年周期的蟬，但昆蟲的壽命也是有極限的，很難保證這些蟬都能活這麼大的歲數，一邊是氣候的惡劣，一邊是壽命的衰減，很可能剛好到了17這個年份的時候，生存率也保證了，蟬也沒有老死病死的太多，兩者達到了一個微妙的平衡。相應的我們可以看到，13年蟬居住的區域更為靠南，冷夏的威力更小一些，所以13年就已經有了很高的生存幾率，平衡也達到了。

但是！這裡有一個關鍵的問題：既然17年蟬可以倖存，為什麼16年蟬，18年蟬沒有存活下來呢？它們躲開嚴寒的幾率，以及活到這個歲數的幾率都應該和17年差不多。

這就催生了第二個理論——周期蟬的周期性，還可能與天敵有關。

我們繼續以馬里蘭州的這一群周期蟬為例，它們在2016年出土，數量多達幾十億隻，這可把當地的鳥類、小型哺乳動物和爬行動物樂壞了，這滿地都是美食，吃也吃不完，一直困擾這些蟬的天敵的食物短缺問題就這麼徹底解決了。這導致天敵數量的暴增，因為原本會被餓死的蟬的天敵餓不死了；原本天敵一胎/窩生n個後代，因為食物不足只能養大1個，現在食物充足，n個都活了。

我們知道，野生動物的繁殖，受到食物的影響很大，在食物充足的情況下，很多動物都會大量繁殖，幼崽也有一個很高的存活率。在周期蟬出來的那一年，許多蟬的天敵也從中漁利，生了很多後代，這些後代也順利長大。但周期蟬的出土周期這麼長，這些「超生」出來的天敵，很可能等不到周期蟬下次出土，就餓死或老死掉了，這樣周期蟬下次出土的時候，天敵的種群數量又恢復到了正常水平。

但有一些天敵的數量回落，卻需要一定的周期。一些動物有自己的繁衍周期，假設一種天敵要6年才能性成熟繁殖，它的後代又要6年之後才會性成熟繁殖，雖然因為沒有周期蟬吃，它們的種群數量一直是在回落的，但由於加入了繁殖這個因子，它們的種群衰落速度可能還沒有那麼快，這樣到了繁殖到第三代的時候，其種群數量可能還是比當年的第一代要多，而很不湊巧的是，18年的周期蟬又出現了！天敵們又是大吃特吃，第三代天敵生下了海量的第四代天敵。也就是說，這種天敵的種群數量雖然會以18年為周期下滑，但每過18年，都會邁上一個新的高度，長遠來看，這種天敵的總數還是在上漲的，漲到一定的程度，就有可能把周期蟬吃的越來越少。16年蟬也是同樣的道理，它很可能被一種8年繁殖一代、4年繁殖一代、甚至2年繁殖一代的天敵吃絕種。

而13年蟬和17年蟬，又幸運的避開了這個可能性。因為13和17，恰好是兩個質數，什麼是質數呢？也就是只能被1和它自己本身整除，也就是說，除非你每年都繁殖，或者正好17年繁殖一代，否則周期蟬幾乎不會成為天敵繁殖的助力器，如果天敵2年繁殖一代，那周期蟬只會在34年之後才會遇到它的繁殖期，而對於許多生物來說，34年是一個不可想像的漫長歲月，老的天敵早已死去，種群數量也早已下滑。

這也是為什麼會有很多學者把周期蟬戲稱為——懂數學的蟬——的原因了。

不過，這個假設也有一些細節無法完美解釋，許多動物可以每年都繁殖，也就是說繁殖周期為1年，周期蟬的「質數法寶」在面對這些天敵的時候似乎是無計可施。

這些問題，可能要考慮到17年確實是一個很長的年份，許多繁殖期很短的動物，自身壽命也非常的短，還沒等到下一次周期蟬出現，種群規模已經回落到很低的水平了。還有的天敵雖然6年性成熟之後可以每年都繁殖，但性成熟之後，也繁殖不了幾年就衰老死掉了，而它們的後代，在第17年的時候恰好只有一部分性成熟了，所以大部隊又被周期蟬躲開了，種群規模還是不斷地下滑。

2012年，康奈爾大學的行為生態學家沃爾特•科尼格（walt koenig），以及美國農業部林業局的生態學家安德魯•利布霍爾德（andrew liebhold）共同發表了一個論文，他們發現在17年蟬大批出現12年後，捕食它們鳥類的數量開始減少，最終在第17年達到最低點——正是17年蟬再次大批出現的年份。以13年蟬為食的鳥類遵循著類似規律。這種情況，很可能就是我們剛才說的那樣——超生的天敵因為食物匱乏開始逐漸回落——但這兩位科學家也有一個新的想法：周期蟬數量如此之大，它們是否會對當地的生態環境產生了某種影響，這種影響直接影響了天敵的數量呢？這都還有待於進一步的研究。

一種小小的昆蟲，卻意外地利用了質數這一數學工具，演化出頗為有效的習性，這的確超出了我們的想像，其實這蔚藍星球上，像周期蟬這樣的奇妙存在，定然不在少數其實啊，而隨著我們探索的深入，便愈發能感受到生命的精妙偉大，也愈發認識到——宏偉的自然世界面前，我們人類的確還只是個懵懂的孩童。