互动科普

十七年等一回

Tabitha M. Powledge

从5月底到6月，X族周期性蝉破土而出。在此之前，它们已经度过了17年靠使用树根维持生命的蛹的生活。它们挖掘出脱困的道路，蜕皮变成成虫。自此之后，亿万只这种又大个又笨拙的红眼睛昆虫将会鸣唱震耳欲聋的情歌。前一次见到这一族蝉是在1987年，而这一次，它们将为鸟类提供一顿短暂却相当丰盛的大餐，同时还给了研究者前所未有的机会。深受吸引的博物学家记录这种周期性蝉已有4个世纪。但是，对于这种昆虫的周期性或者是什么引起它们这种同步表现，仍有许多不解之谜。

X族可能是大约15个（研究人员对确切数目仍有分歧）周期性蝉类族群中最大的一个，也是研究得最透彻的一个。几乎每年春天都会有一个族群在美国大平原东部的某地破土而出。在全世界，研究者已经确认了大约3000种峰，但只知道其中约12种的生活周期。1633年，普利茅斯殖民地总督Bradford首次对周期性蝉进行了描述。当然，土著美洲人可能在这之前就已知道了这种生物。之后不到一个世纪，X族蝉牢固地建立了这种17年的生活周期；到19世纪中期，博物学家已经辨认出了13年蝉。

进入这一领域的数学家和生物学家花了100多年时间，努力想要解释为什么周期性峰会进化到这些质数周期。一种看法是，不同的周期降低了对资源和杂交繁殖的竞争，因为同地点的13年和17年族要每过221年才有一次会一起破土而出。但事实上，不同的周期性蝉，它们的族群趋向于四敗分布，而且其中大多数几乎都不存在地理上的重叠。再者，差不多所有对食物的竞争都存在于在地底从树根吮吸汁液的漫长日子中。

理论家也提出，这种古怪的生活周期帮助蝉避开生活周期更短或为偶数期限的食肉动物及寄生虫。2001年，位于德国多特蒙德的马克斯·普朗克分子生理学研究所的研究人员报道了由他们的食肉者-被食者数学模型导出的质数生活周期。

然而，蝉研究人员对这种解释深表怀疑。美国康涅狄格大学的进化生物学家M. Simon强调，这种理论不能被证伪，因为无法进行试验。她的同事C. Marshall指出，真正的周期性在蝉类中很稀有——大多数种类中每年都有不同群体从地里钻出。他表示：“如果周期性蝉进化到越来越长的生活周期是为了避免与某种拟寄生物种同步，那么为什么这种情况很明显并未在许多其他受食肉动物和寄生虫所害的蝉类中发生，更别提其他种类的昆虫及动物了？”

对于如Simon那样的生物学家来说，更让他们好奇的是各族群之间的相迀影响。每年春天，康涅狄格大学的研究团队郤要绘制蝉分布图、收集昆虫做基因分析，还要进行交配行为的小实验。Simon说，今年研究人员将要从美国肯塔基和乔治亚的部分地区——在这些地区，X族与13年蝉的XIX和XXIII族狹路相逢——铲出一些样品，并且检验它们的DNA以寻找过去杂交的证据。

此外，科学家对发育变异也很好奇：一些族群有时会去掉或增加一个4年的阶段，叫作一个龄期。美国圣约瑟夫学院的昆虫学家Kritsky报告了XIV族的加速发育，这一族定于2008年出土。他将研究XIV族的成员会不会提早4年与与X族一起在今年出土。在2000年，Kritsky也曾证明过今年的一些X族蝉有提早出土的情况。他希望能够观察到2000年孵化出的卵是否会遵从它们新的时间表在2017年出土——这样就又建立了一个新的族群——而不是回复到X族出土的正常年度：2021年。

[崔荔丽/译曾少立/校]