【北美洲蝉１７年轮回的爱情盛典】二十三年蝉
时间：2019-02-25 05:31:52 来源：千叶帆 本文已影响人
蝉，是一种常见的昆虫，幼虫蛰伏于地下三五年后，钻出地表羽化交配。但在美国东部地区却生活着一种不寻常的蝉。每隔17年它们以数十亿的数量浪潮般席卷大地，举行一种盛大的“集体婚礼”，但悲壮的“葬礼”便紧随其后。这种蝉是世界上最长寿的昆虫，而17年的轮回周期更是精确无比。
在发现这个神奇的生命现象后，美国乃至世界各国的生物学家们都对这种蝉产生了浓厚的兴趣，并按照其生存周期为它们起了一个直观的名字――十七年蝉。然而，十七年蝉的生活习性一直困扰着科学家们：为什么它们要在黑暗的地下蛰伏17年？为什么它们会同时冒出地面？这些飞行缓慢，没有任何御敌能力的蝉究竟是怎么躲避天敌
的？直到2007年12月，以德国昆虫家斯坦伯格为首的科研小组终于向世人揭示了十七年蝉的生存奥秘……
漫长的地下生活
十七年一见天日
1633年5月26日，来自欧洲的殖民者经历了一场没有硝烟的恐慌，在如今美国爱荷华州东部和伊利诺伊州北部，数十亿只蝉一夜之间从地下冒了出来，集体鸣奏、交欢、产卵，然后死亡。那犹如汽轮轰鸣般的噪音让人胆战心惊。四个星期过后，鸣叫声戛然而止，这些蝉全部死亡。就在人们几乎将它们淡忘的时候，17年后，历史重演了。又有数十亿只蝉从地下冒出来，淹没了美国东部地区的森林和草地，其情景竟与17年前如出一辙，那震耳欲聋的“歌声”似乎在提醒着人们，不要将它们遗忘……
就这样，美国东部地区每隔17年，便迎来一次蝉的盛会。直到2007年5月，第22代蝉在人们的视线下钻出了地面。
十七年蝉的蝉蛹遍布在美国东部地区的每一片土壤里。即使是城市中心花坛的大树下，都有可能藏着成千上万只蝉蛹。为了排除人类对蝉的生活干扰，精确了解蝉蛹的地下生活，斯坦伯格科研小组选择对芝加哥动物园自然保护区森林的蝉蛹进行研究。
他们首先划出了一块约半公顷的土地，每隔10米挖一个约30英寸深的洞，在里面安置了温度和湿度探测仪，然后原封不动地将一立方米的土壤、植被连同蝉蛹搬回了实验室进行观察。为了还原蝉蛹真实的生活环境，他们还用人工手段模拟了室外的环境：风速、湿度、温度、雨水，以及日照。三年来，实验室里的蝉蛹们与自然界的蝉蛹同步成长发育着。
十七年蝉是世界上生命周期最长的昆虫，它们在地下的生长发育十分缓慢，几乎以半冬眠的方式生活着。直到离破土而出还有大约一年的时候，蝉才发育完整，活动也逐渐频繁起来。蝉蛹除了吸食植物根茎的汁液外，它们整天忙忙碌碌，不断地用胸部的刺针向上挖掘，再用口器中分泌出的黏液将挖下来的泥土粘在洞穴的墙壁上。慢慢地，蝉蛹的洞穴就形成一个收了口的袋子，底部宽敞，墙壁坚实。2007年4月，随着土壤温度的上升，蝉蛹时不时地爬到洞穴的顶端，用触须不断地探测着上面的土层。而此时，根据仪器显示，土层的温度已经接近10摄氏度了。4月19日，春末的一场细雨突然而至，似乎感觉到雨的来临，蝉蛹迅速地滑回洞穴底部，小心地躲藏起来。
短暂的爱情盛典
蝉海战术大获全胜
5月，芝加哥郊外气候变得干燥炎热起来。四位昆虫学家每天晚上轮流值班，对森林的土壤变化进行更加仔细的观察。
5月23日的夜晚，斯坦伯格带着爱犬在树林里来回逡巡，采录着地下仪器的数据，这时，仪器显示土壤内层的温度均匀地到达了18摄氏度。他的爱犬忽然对着地面狂吠起来，斯坦伯格急忙蹲下，拨开松软干燥的浮土，只见在手掌大小的地面上，竟然有十来只蝉蛹正用纤细的前腿快速地击打掩盖在洞穴上面的土壤，挣扎着向地表爬了出来。斯坦伯格连忙用铁铲将放置仪器的洞挖开，在探照灯下，他惊讶地发现，这里层层叠叠地隐藏着数百只蝉蛹，比较靠近地表的已经挣扎着破土而出，而下层的蝉蛹也正缓慢地顺着洞穴向地表爬来。他站起身环顾四周，发现地面像沙丘般微微动了起来，����的响声在耳边渐渐地响起，声音越来越大。激动万分的斯坦伯格牵着狗跑回营地，而另外三位昆虫学家已经被“交响乐”吵醒。他们举起手欢呼起来：“天啊！十七年蝉回来了！”克里斯西门早已准备好红外线摄像机拍下了十七年蝉集体破土而出的珍贵一刻。
接下来的观测让斯坦伯格他们震惊极了。黎明到来前的几个小时，无数只蝉蛹源源不断地从地下钻出来，这景象简直让人觉得地球都被掏空了。一出地表，蝉蛹就争相爬上树干或者草秆，一旦找到合适的位置就一动不动地钉在那儿。不一会儿，在激素的作用下，蝉蛹的背部裂开了，白色的成虫艰难地在裂缝里挣扎，头先钻了出来，之后是吸管和前肢，然后它用力弓起背，将后肢和折叠着的大翅膀拽了出来，遗留下一个黑色半透明的空壳。经过一个多小时的痛苦折磨，蝉终于羽化了！
斯坦伯格还观察到了有趣的现象：有的蝉会发扬“互助友爱”的精神，用纤细的腿牢牢箍住别的蝉，帮助别的蝉从壳里顺利爬出来。大约5个小时过后，绝大多数蝉都完成了羽化，而那些没有完成羽化的蝉，不幸卡在壳里死去了。蝉身体的颜色在翅膀不断张合的尝试中渐渐变深，到上午八九点的时候，大部分蝉已经完成了从幼虫到成虫的转变。
斯坦伯格捉住一只蝉，发现这种蝉体型较大，足有1.5英寸长，背部呈黑褐色，而腹部有五道罕见的橙色条纹。宽阔的蝉翼薄纱般透明，上面雕刻着金色的脉络。最独特的是，每只蝉都长着红色的眼睛，看上去十分凶悍。
事实上，十七年蝉飞行缓慢，既没有毒刺也没有锋利的口器，不光毫无攻击性，甚至连御敌的能力也没有。它们一出现，森林里的小动物就兴奋起来了：这是17年才能一遇的饕餮大餐。鸟、松鼠、青蛙、蛇、野猫、老鼠，甚至蚂蚁在蝉的海洋里不费吹灰之力就能吃得肚子滚圆。一会儿工夫，地上到处可见蝉的断翼和尸体。斯坦伯格不由地为这些刚刚见到阳光就被杀死的蝉感到惋惜，但十七年蝉依然潮水般向大树的枝头涌去，寻找最好的位置，为将要到来的爱情盛典做着准备。这些飞行缓慢且没有任何御敌工具的蝉，用庞大的种群数量战胜了死亡。
斯坦伯格科研小组推测，平均每公顷土地约钻出来了100万只蝉。在整个伊利诺伊州，以及东爱荷华州、南维斯康星州，延伸到印第安纳州和密歇根州，总共约有十亿只蝉在一夜之间破土而出。但这让人瞠目结舌的数字还不算什么，当午后十亿只蝉举行“集体婚礼”的时候，人们真正的恐慌开始了。
下午1点左右，阳光炙烤着森林，原本静谧的森林传出了雄蝉第一声求偶的鸣叫。顷刻间，蝉鸣声此起彼伏，声音越来越大，“集体婚礼”正式开始了。斯坦伯格科研小组的专家们取出早已准备好的耳塞戴好，尽管如此，这鸣叫声仍然让人们头皮发麻。雄蝉的腹部是中空的，它们用位于腹部第一节的肌膜在谐振腔内高频震动，每只雄蝉都可以发出80分贝～100分贝的鸣叫声。而几亿只蝉发出的鸣叫声，使整个美国东部像被一个巨大的割草机反复轧过。
盛大的“婚礼”大约持续了四周，斯坦伯格发现雄蝉不会为了争夺雌蝉而相互斗争，它们表现得彬彬有礼。展现雄性魅力的唯一途径似乎就是更加卖力地鸣叫。雌蝉遇到中意的追求者，马上就会震动透明的翅膀回应，在用触角简单地打个招呼后，它们立即就开始交配了。几秒种后交配就完成了，雄蝉头也不回地再去寻找下一个配偶。大约在成功交配三四次后，雄蝉精力耗尽，从树枝上坠落在地上死去了。而雌蝉在交配后马上开始寻找纤细的树枝，用胸口的一排刺划开树枝的表皮，将卵产进去。经过仔细观察，斯坦伯格发现每只雌蝉都可以产下大约600枚卵，在历经半小时的生育后，雌蝉终于完成生育使命，仿佛耗尽了力气，从树枝上跌落下来，也结束了生命。四周后，完成“婚礼”的蝉早已死去，而那些不幸没有找到配偶的蝉也因不停地鸣叫体力消耗殆尽而死去了。森林渐渐归于平静，树林中遍地都是蝉的尸体。这悲壮的景象让斯坦伯格感慨万千：十七年蝉在黑暗的地下蛰伏了17年，换来的竟只是如此短暂的相爱时光！
那些藏在树枝表皮里的蝉卵孵化后，靠汲取树枝里的汁液维持生存。一个月后，跳蚤般大的蝉蛹从树上自动掉落在地面上，在地上打出直径约1厘米的小孔，钻入地下，抓住赖以生存的植物根茎，开始了新一轮的17年蛰伏……
在陪伴着十七年蝉走完阳光下的短暂一生后，斯坦伯格向生物学界宣布了他的研究成果：在土壤温度达到18摄氏度的时候，十七年蝉就会一夜之间从地下钻出来，用“蝉海战术”战胜了灭亡！然而，十七年蝉究竟为什么要在地下蛰伏17年，而不是3年、5年或者20年？这个问题仍然困扰着昆虫学家们。
生命的质数现象
“数学大师”令人称奇
2007年8月，结束了对纽约州立大学的访问，斯坦伯格教授带着珍贵的十七年蝉标本回到德国。不久，他在海德堡大学举办了一场十七年蝉的标本展，这次展出吸引了欧洲各国的科学家，他们纷纷为十七年蝉奇特的生存现象感叹。在展出中斯坦伯格结识了德国著名经济学家，供职于马克思普朗克学会分子生理学研究所的威北克・库克勒博士。今年46岁的库克勒博士是世界昆虫协会的会员，她对十七年蝉十分着迷，但同样不明白十七年对于这种蝉究竟有什么意义。
一次查阅年鉴，库克勒博士偶尔翻到2002年：智利大学的物理学家埃里克・科尔斯和德国马克斯普朗克学院的马里奥・马库斯建立的“猎人―猎物”的数学模型。“对！用数学的方法来解释生物学现象！”这个大胆的想法冒出来时，她激动极了。
在经过数日的系统分析后，她胸有成足地向斯坦伯格教授阐述了自己的观点：在数字中，有一类数字除了被1和它本整除外，不能被其他数字整除，这类数字叫质数。一般动物的寿命在20年内，那么20以内的质数有如下几个：2、3、5、7、11、13、17、19。运用这个“猎人―猎物”的数学模型，人们可将蝉比作“猎物”，将其天敌比作“猎人”，假设蝉的生命周期是12年，那么很不幸，它们将碰到那些生命周期为１年、２年、３年、４年、６年、12年的天敌，当它们钻出地面的时候，就会有无数张嘴巴将它们吃个干净。假设蝉的生命周期是17年，那么它将只遇到生命周期为１年和17年的天敌，这样蝉就可以大量繁衍。在亿万年的生命演化和残酷的优胜劣汰后，生命周期为质数的蝉存活了下来，气候等因素使得十七年蝉在北美洲东部大量繁衍。
斯坦伯格教授感到这个数学模型有着重大的生物意义，他立即与库克勒博士一起反复演算，并且通过逆向推理，即根据自然现状回溯推算循环初期的状况，也得出了质数生存周期优先出现的结论。结合现实，世界各地的蝉生命周期都是质数，十七年蝉在自然界中的确没有天敌。看来这应该是十七年蝉出现的理由。
然而自然界中再聪明的生存策略都有可能被识破。在十七年蝉的进化过程中，有一种真菌发现了它们的秘密，这是十七年蝉唯一的寄生物。初期，这种真菌会感染蝉的幼体，但它并不会立即威胁到蝉的生命，而是悄悄地寄生在蝉的腹部，并伴随蝉在地下度过17年的光阴，当重见天日的时候，这种真菌在光合作用下迅速发展起来，不需三天的工夫，真菌掏空蝉的内脏的同时，填充了蝉的腹部，在阳光的暴晒下，蝉的腹部断裂，白色的真菌显露出来，同时将成熟的孢子散播到空气中去，继续下一轮的感染。
不过，为了躲避这种可怕的寄生物，北美洲的蝉有着自己的策略：近百年来，美国东南部地区出现了一种新的蝉种，它的生存周期不是17年，而是另一个质数“13年”。这种新的蝉种被命名为“十三年蝉”。十三年蝉的出现不但印证了科学家们的“生命质数现象”的推测是正确的，而且它们以调整生存周期来规避天敌的策略更让人叹服于它们的生存智慧。
2007年12月，斯坦伯格教授将研究成果发表在《国家地理》上，并接受了英国BBC电视台的邀请，参与拍摄了十七年蝉的专题纪录片。他在采访中说：“十七年蝉会用质数作生命周期，用蝉海战术来战胜灭亡，更甘于地下17年的黑暗和寂寞。它们是世界上最伟大的‘数学家’和‘战略家’！”十七年蝉将于2024年再次造访美国，那时，相信将有更多的人乐于观察和认同这种伟大的自然现象。 CQ
