今年春天，美國東部地區週期蟬的出現不僅僅會發出嗡嗡聲。它們的身體數量將達數十億，也將為包括許多鳥類和哺乳動物在內的大量潛在捕食者創造一場無與倫比的食物盛宴。但研究人員表示，一些動物可能比其他動物受益更多，而且捕食者種群從即將到來的帶翅昆蟲自助餐中獲得的任何增長都可能是短暫的。
人們已知，小小的山雀和老鼠會為了快速吃上一口而與這些矮胖的蟲子搏鬥。猛禽、魚類、蜘蛛、蛇和烏龜在有機會時也會狼吞虎嚥地吃掉它們。圈養的動物園動物，如貓鼬、巨蜥和懶熊，如果昆蟲出現在它們的圍欄中，也會這樣做。觀察者甚至報告說，家貓一次能抓住兩隻蟬，每隻前爪下各壓著一隻。
今年春天，三種蟬（統稱為 X 週期蟬或 10 週期蟬）將從地下爬出來，它們已經在地下度過了之前的 17 年。它們將覆蓋樹木的枝幹和樹葉，鳴叫、交配、產卵，然後死亡。未被吃掉的屍體和身體部位將為土壤增加養分，在這些喧鬧的昆蟲消失很久之後，仍然可以支援生態系統及其居民。但週期蟬群體的著名週期性可能會使一些捕食者陷入先盛宴後饑荒的境地——種群數量激增，然後是食物匱乏，然後是數量驟降。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保未來能夠繼續報道關於發現和塑造我們當今世界的想法的具有影響力的故事。
加州大學戴維斯分校研究週期蟬的昆蟲學家理查德·卡爾班說：“為了應對這種食物的超級豐富，許多捕食者種群迎來了異常好的年份。“但接下來的一年以及隨後的幾年裡，它們沒有食物，因此它們的種群數量再次崩潰。”
捕食者可能是這些行動遲緩、毫無防禦能力且色彩鮮豔的蟬週期性出現而不是常年出現的原因之一。經過數千年的演變，作為密叢集體同步週期性出現可能導致更高的成蟲存活率。康涅狄格大學研究蟬的進化生物學家兼生態學家克里斯·西蒙解釋說，因此，這些昆蟲進化出了它們不尋常的生命週期——其中大部分時間都在地下覓食。“捕食者在推動整個故事發展中 действительно 非常重要，”她說。該物種的成功有效地取決於絕對數量。
儘管如此，蟬及其消費者之間互動的動態幾十年來一直困擾著研究人員——現在仍然如此。在密蘇里州聖路易斯附近的一片森林中進行的一項實地研究表明，歐亞樹麻雀在 1972 年——當一個名為 XIX 週期蟬群體的蟬群在其 13 年週期中出現時——每個巢產的卵明顯更多，而其他年份則不然。但同一年在同一片森林中發生的同一蟬事件與家麻雀巢的平均產卵數沒有任何差異，與之前和隨後的年份相比。
1985 年，阿肯色大學的昆蟲學家、鳥類學家和哺乳動物學家為了全面瞭解週期蟬對其捕食者的影響，也關注了 XIX 週期蟬群體——這次是在阿肯色州奧扎克森林中。科學家們追蹤了蟬出現之前、期間和之後生活在那裡的哺乳動物、鳥類和昆蟲物種。該專案負責人、現任聖地亞哥州立大學生物學家的凱西·威廉姆斯說，他們記錄了許多物種——包括幾種蜘蛛——首次以蟬為食。然而，捕食者種群受到的影響似乎再次是混合的。雖然東藍鴝很容易吃蟬並將它們餵給雛鳥，但研究人員沒有檢測到幼鳥或剛孵出的幼鳥的成活率有所提高，德克薩斯州公園和野生動物部門的生物學家克雷格·亨斯利的碩士論文顯示。但兩隻雌性東藍鴝在蟬出現期間確實多產了一個卵，這是一種不尋常的行為，在 1985 年或 1986 年觀察到的任何其他配對中都沒有出現。
這種混合的結果在規模更大、更現代的研究中仍然存在。根據北美繁殖鳥類調查 37 年的資料，2005 年對美國東部硬木林中 24 種鳥類的分析顯示，有 15 種鳥類的種群數量變化與週期蟬的出現有關。在那項研究中，加州大學伯克利分校現已退休的研究動物學家沃爾特·柯尼格和美國林務局的研究昆蟲學家安德魯·利布霍爾德發現，紅腹啄木鳥、棕頭牛鸝、藍松鴉和普通擬椋鳥的種群數量在蟬出現後一到三年顯著增加，然後它們的種群數量又回落到正常水平。但一些物種的行為發生了意想不到的方向變化。美國烏鴉、簇絨山雀、灰嘲鶇和棕色鶇的種群數量在蟬出現年份低於正常水平——然後在第二年增加，之後穩定下來。
同一項 2005 年的研究結果還表明，大多數鳥類不會為了利用蟬的出現而遷徙，利布霍爾德說。它們年復一年地在同一區域生活和覓食，機會主義地捕食昆蟲，而不是遷徙到蟬的富集地。柯尼格指出，杜鵑是一個例外：它們會遷徙以利用全國各地的昆蟲爆發。
雖然柯尼格和利布霍爾德對這些不尋常的種群模式有理論，但究竟為什麼一些鳥類似乎更能從蟬的出現中獲益仍然是個謎。事實上，昆蟲盛宴對許多捕食者的影響仍然模糊不清，而且研究不足。“很多東西都知之甚少，”利布霍爾德說。
然而，研究人員可以將一些鳥類數量的增加繪製到蟬出現區域的零星邊界。“一個有趣的事情是蟬群體的空間格局會影響鳥類種群，”利布霍爾德說。今年 X 週期蟬出現的地區應該會在未來幾年看到某些鳥類物種的種群數量增加。
關於小型哺乳動物種群的有限研究表明，它們對週期蟬盛宴的反應也各不相同，一些物種沒有經歷任何變化，而另一些物種則狼吞虎嚥地吃昆蟲，迅速繁殖，然後數量急劇下降。在對俄亥俄州牛津附近林地2004 年 X 週期蟬爆發期間的白足鼠進行的研究中，現任格林維爾大學生物學家的格雷格·馬塞洛統計了比往年多 50% 的老鼠。他說，第二年，“種群數量急劇崩潰。”
儘管有所有渴望的捕食者，但高數量出現的生命週期賭博對週期蟬來說是值得的。大多數蟬在交配後都能倖免於捕食，然後死在森林地面上。但即使它們沒有被吃掉，它們對生態系統的影響也不會就此停止。加州大學戴維斯分校研究資源脈衝和物候轉移的昆蟲學家路易·楊說，蟬的身體含有約 10% 的氮，這高於枯葉和其他典型森林凋落物中發現的濃度。他補充說，美國風鈴草等植物將吸收死蟬中的氮，而草食性哺乳動物和昆蟲將選擇性地以氮含量較高的受精葉子為食。
像這樣的模式說明了週期蟬可以為生物群落和進化時間線提供的生態視角。“我喜歡整個系統的互惠性，”楊說。“我認為這種事情一直都在發生，但通常很難看到。當這些脈衝事件發生時，它變得非常明顯——我們可以看到脈衝穿過系統。”