那是 2011 年。巴拉克·奧巴馬擔任總統，NASA 的太空梭正在退役，泰勒·斯威夫特正在進行她的第二次巡迴演出——在美國東南部的廣闊區域，數十億隻微小的剛出生的蟬從樹枝上如雨般落下，鑽入土壤。
今年春天，那些相同的蟬，現在已經長大，將 13 年來首次冒險來到地面之上。這是一種奇妙的同步，使它們能夠在大量以美味、毫無防禦能力的昆蟲為食的動物中茁壯成長。但是像這樣的週期蟬如何設法協調它們每 13 年——或者對於某些物種，每 17 年——一次的震耳欲聾的出現呢？畢竟，蟬沒有配備鬧鐘或日曆，而且它們在地下度過了十多年。
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“十七年對於任何事物來說都是一個異常長的時間來追蹤，”喬治華盛頓大學的昆蟲生態學家約翰·利爾說。“我連五年都記不住，更不用說 17 年了——所以昆蟲是如何做到這一點的真是太了不起了。”
2024 年，將出現兩個不同的週期蟬群：13 年蟬第十九族，它將覆蓋美國東南部的大部分地區，以及 17 年蟬第十三族，它將集中在伊利諾伊州北部。還會有一些來自其他族的掉隊者。當它們確實犯錯時，蟬最常將它們的出現時間錯開一年或四年——明年，另一個龐大的 17 年蟬群體，第十四族，將在東海岸和俄亥俄河流域的部分地區出現。
但是，這些昆蟲，無論是準時的還是提早的，都沒有標記時間的流逝。相反，週期蟬有一個技巧：它們計算它們所食用的樹木的生長週期。
這種蟬的物種，Magicicada septendecim，是七種蟬之一，它們的成員將在今年春夏從地下破土而出。
列文·比斯
在它們漫長的地下生活期間，這些昆蟲吸食木質部汁液，這是一種營養貧乏但富含水分的液體，從樹根尖端向上移動到樹冠。每年，當樹木發芽和開花時，其木質部會在短時間內富含氨基酸，這使得一個研究團隊稱其為“春季靈藥”。蟬似乎會計算每次春季靈藥的沖刷：當這些研究人員從一個 17 年蟬族中取出 15 歲的蟬，並操縱昆蟲的食物樹，使其在一年內生長兩次葉子時，瞧——蟬提前一年出現，因為它們已經計算了所需的 17 次葉子生長。
“我們知道那是它們計算的東西。它們在哪裡在牆上做小小的粉筆標記，我們不知道，”喬治城大學的昆蟲生態學家瑪莎·韋斯說。“我們真的不明白它們是如何追蹤它的。”
美國的七種週期蟬物種因其同步出現而特別引人注目且廣為人知，但該國總共有約 150 種物種。美國的非週期性物種被稱為“年度蟬”，因為其中一些物種每年都會出現。但康涅狄格大學研究蟬的生物學家約翰·庫利說，科學家們尚不確切知道這些昆蟲能活多久，或者它們是否像 13 年和 17 年蟬那樣明顯地攜帶內部計數器。“它們每年夏天都會出來，所以很難追蹤，而且地下的一切都很混亂，”他談到年度品種時說。
庫利說，發現一個計數器，至少在週期蟬中，將是一項相對簡單的任務——儘管這是一項非常昂貴的任務。他說，研究人員可以簡單地分析足夠多的從幼蟲到成蟲階段的蟬，並在昆蟲的內部狀態中尋找模式。
庫利說，比找到神秘的計數器更具挑戰性的是理解這種機制以及它所促成的奇異生活方式最初是如何進化的。一種假設將週期性行為與曾經覆蓋蟬當前領土大部分地區的冰川聯絡起來；其他科學家則指出這種策略如何幫助這些昆蟲躲避捕食者。
但庫利認為，雖然冰川歷史或大量捕食者都不罕見，但週期蟬當然是罕見的——全球已知的約 3,400 種蟬物種中只有九種同步週期性出現——所以還有其他原因。“無論導致這種生活史模式進化的環境是什麼，它們都是罕見的，而罕見的事物總是最難研究的，”他說。“我們無法告訴你為什麼會進化成這樣；我們只知道這一定是某些特殊情況的集合。”
因此，今年春夏，如果您居住在美國東部或前往美國東部，請嘗試沉浸在週期蟬的神秘感中，無論它們變得多麼吵鬧。庫利說，這種出現“確實是世界七大生物奇蹟之一。在全世界任何其他地方，你都看不到如此多的週期蟬物種。“這是世界上任何其他人都無法享有的特權。”