在这个快节奏的世界里，我们常常忽略了那些按照自然规律生活的生物。它们不急不躁，遵循着自己的生命节奏。
今天，我们就来看看一种神奇的昆虫——周期蝉，它们以其独特的生命周期著称，可称得上是“大自然中的时间旅行者”。
周期蝉，顾名思义，它们的生命周期与“周期”密切相关。这些昆虫最为人所知的特点是它们的若虫会在地下度过长达13年或17年的时间，然后在一个同步化的群体爆发中成群结队地出现在地面上。
但你知道吗？周期蝉的这一生活方式背后隐藏着许多令人惊叹的秘密：
什么是周期蝉，有哪些动物学特征？
为什么要有周期，有什么适应性意义？
“美国或将迎221年来的最大蝉灾”吗？
在美国东部的某些地区，每过十三或十七年就会突然涌现大量蝉，成为一种独特的奇观。
这些奇特的昆虫孵化后立即钻入地下，在那里度过绝大部分生活，依靠吸食树根汁液为生。经过十三或十七年的地下生活，同一种蝉的若虫们会同时从地下钻出，在接下来的4-6周内进行羽化、交配、产卵，然后结束自己的一生。新孵化的卵将进入下一个生命周期。
这些动物就是周期蝉。在动物学上，周期蝉通常指的是周期蝉属（Magicicada），它们属于昆虫纲半翅目蝉科，在北美东部广泛分布。它们的生命周期为十三年或十七年，因此有时被称为十三年蝉或十七年蝉。
周期蝉艺术作品 公有领域
它们的口器呈针状，可以刺穿树皮吸食汁液。这些刺吸式口器在理论上可以刺穿人的皮肤，并会造成一定程度的疼痛，但并不带有毒性。没有证据表明这些蝉类会传播疾病。另外，尽管它们对成熟植物的损害不大，但在它们大规模出现的时候，不建议种植新的树木和灌木。
成年周期蝉具有醒目的红色眼睛，胸部和背部呈黑色，翅膀透明，翅脉为橙色或黑色。它们一般长约2.4-3.3厘米，比当地每年出现的蝉要小一些，雌性个体稍大于雄性。雄性会聚集起来鸣叫，以吸引雌性来进行交配。
常见昆虫口器类型 by Xavier Vázquez
尽管周期蝉在北美洲的奇特生命周期和醒目外表让人叹为观止，但与我们国内常见的蝉类相比，它们有着相似的生活习性和叫声。不同之处在于，周期蝉的体积相对较小，并不像某些蝉类那样显著。它们或许在外表上没有那么引人注目，但却以其独特的生命周期和数量激增的壮观景象，为我们展示了自然世界的神奇之处。
在蝉类的世界里，几乎所有的蝉在地下度过数年的若虫时期，然后在地面上出现，成为成年蝉，这一阶段短暂，持续数周到几个月不等。
七种周期蝉因其独特的生命周期而闻名，在同一地区，整个种群的发育都同步进行——它们在同一年同时成年。这种同步现象尤其引人注目，因为它们的生命周期之长——13或17年。在世界上约有3000种蝉中，没有一种蝉能像它们这样以如此长的周期同步发育。
蝉类的不同发育阶段 via Internet Archive Book Images
相较之下，非周期性的蝉类每年夏天都会有一些成虫成熟并出现在地表，而其余的种群则继续在地下发育。因此，许多人将这些非周期性的种类称为“年度”蝉类，因为每年夏天都会看到它们。这可能让一些人误以为非周期蝉类的生命周期仅为一年。
但实际上，已知的“年度”物种的生命周期范围从两年到十年不等，有些甚至可能更长。
周期蝉的若虫在地下生活，可深达地表以下60厘米，并以植物根部的汁液为食。它们在地下经历五次蜕皮期，据说13或17年的生命周期的差异在于第二次蜕皮期成熟所需的时间。随着若虫的成长，它们会向更深处移动，并吸食更多的根系。
周期蝉老熟若虫 via AP News
在出现年份的4月下旬至6月初，成熟的第五龄期（经5次蜕皮）若虫会建造通道通向地表，并等待土壤温度达到临界值。有时，若虫会延伸建造出几英寸以上的泥土塔，尽管这些“塔楼”的功能对我们而言，目前尚不清楚。
当地表下约20厘米深处的土壤温度高于17.9摄氏度时，若虫们一般首次在暮春时节的傍晚出现。
这并不仅仅因为最高的土壤温度通常比日照时间晚几个小时，也因为昏暗的光线为无法飞行的若虫提供了一些保护，免受白天的视觉捕食者（如鸟类）的攻击。在其余的生命周期中，成熟的周期蝉将会强烈地以青睐白天，而晚上的歌声几乎停止。
Cicadetta calliope 的生活史 by Jon J. Smith and Stephen T. Hasiotis
在我国对岸——美国的大多数年份，周期蝉出现的时间一般为南方的4月下旬或5月初，以及北方的5月下旬或6月初。新出现的若虫可以直接在草地上蜕皮，也可以在离地几厘米到3000厘米（30米）的地方，找到一个合适的、近于垂直表面，帮助它们完成其成为成年蝉的转变。
在固定好自己后，周期蝉经常会在树干、建筑物的墙壁、电话杆、围栏柱、悬挂的植物叶子甚至静止的汽车轮胎上进行最后一次蜕皮，即羽化，然后在旧壳上等待其翅膀和外骨骼完全硬化。
老熟若虫们几乎同时大量出现，有时甚至会超过每平方米370只（极端情况）。这种现象被称为“掠食者饱和”，是它们的一种生存特性。
这种策略很简单：在初次出现后的第一周，周期蝉就成了各种爬行动物、鸟类、松鼠、猫、狗和其他大小哺乳动物的美餐。然而，在它们目前的分布范围内，周期蝉的群体却没有什么有效的天敌。因为它们大量出现后所有其他捕食它们的动物都很快因为“饱食”而变得无关紧要，对总体蝉群的影响也微乎其微。
早期的昆虫学家曾认为，蝉类靠数量上的优势来应对捕食者，确保绝大多数个体的生存。但后来有人发现，它们的发育周期都是素数年（13和17），于是就有了一个新的想法：这或许是它们避免捕食者的一种智慧之举。
用基本算术来概括这种策略，其核心思想是，通过让自己的世代与蝉类出现的周期性相符，从而消除捕食者定期增加种群数量的可能性。想象一下，如果一个繁殖周期为三年的捕食者恰好遇到某一年的一个蝉群出现，那么到下一次蝉群出现时，它可能已经度过了四个周期再加一年（12 + 1）或者五个周期再加两年（15 + 2）。
这样一来，素数年蝉群就展现出了一种巧妙的策略，几乎总是在某些捕食者性成熟之前出现，从而使捕食者无法充分利用暂时近于无限的食物供应。
周期蝉爱好论坛的宣传图 via Cicada Mania
另一个经典而有趣的看法将这一理论引向蝉类自身。他们认为，素数的发育周期实际上是一种防止不同蝉群杂交的适应性。
研究者设想，在极端恶劣的环境条件下，蝉类采取了这种不同寻常的时间分隔策略。在那些条件下，产生极长发育周期的基因突变变得非常有价值，以至于那些拥有这一特征的蝉类发现，与那些缺乏长期发育特征的蝉类进行交配是不明智的。
冰川时代地球假想图 by Ittiz on Wikimedia
这样一来，那些发展周期较长的蝉类便保留了一种特征，使它们能够在遭受严重选择压力（如恶劣环境）的时候生存下来，这种压力通常出现在冰川退缩后不久（对于周期性蝉来说，就是北美更新世冰川时期）。因此，它们大规模的出现以及接下来的掠食者饱和策略实际上只是为了保护其长期发育特征免受可能会削弱它的杂交。
后来，通过一系列数学模型支持了这种杂交假设，并且这种解释仍然是对这些昆虫异常长久且数学复杂的生存策略最广泛接受的解释。虽然有人假设周期的长度由单个基因位点控制，13年周期对17年周期是显性的，但这一解释在DNA水平上证据有限，因此仍然存在很大争议。
1907年，昆虫学家C.L.马拉特假设存在30个不同的周期性蝉群：17个具有17年生命周期的明显蝉群，他分配了罗马数字I到XVII（出现年份为1893到1909）；另外13个蝉群具有13年的周期，他分配了罗马数字XVIII到XXX（1893到1905年）。
周期蝉的蝉群分布
by Andrew M. Liebhold, Michael J. Bohne, and Rebecca L. Lilja 公共版权
然而，其中许多假设的蝉群在后期并没有再次被观察到。如今只有15个得到了公认。
这些长约4厘米长的黑色昆虫并不会蜇人或咬人。一旦成虫出现，它们会在树上度过两周的生活，起始的蜕皮和最终的繁殖。
其中，XIX蝉群（又称为南部大蝉群）是13年周期周期蝉中最大（分布最广）的蝉群，最后一次于2011年在美国东南部广泛地出现。周期蝉（Magicicada spp.）通常被称为“17年蝉”，因为早期大多数已知的蝉群都有17年的生命周期。XIX蝉群是仅存的三个13年周期蝉群之一。它也因包含四种不同的13年物种而显著，其中一种是科学家在1998年通过听蝉鸣声发现的。
2011年XIX蝉群的成年个体（可滚动） by Philip N. Cohen
XIX蝉群是仅存的三个13年周期蝉群之一，另外两个是XXII和XXIII蝉群，分别预计在2027年和2028年再次出现。第四个13年周期蝉群，XXI蝉群（佛罗里达蝉群），最后一次记录于1870年在佛罗里达州的西北角，但据信现已灭绝。XIX蝉群的成虫将会在2024年再次出现。
XIII蝉群（也称为北伊利诺伊蝉群）是在美国中西部定期出现的15个独立蝉群之一。每17年，XIII蝉群会大规模钻出地面，进行交配，将卵产在树枝上，然后在几周内死亡。
XIII蝉群的若虫羽化 by Russkiypimp on Wikimedia
XIII蝉群每英亩可达150万只（每公顷370万只）。这个蝉群被认为是已知的蝉类最大的出现。该蝉群最近的主要出现是在2007年春季和初夏期间，大致涵盖了伊利诺伊州北部、爱荷华州东部、威斯康星州南部以及与密歇根湖和密歇根州接壤的印第安纳州一小片狭长地带。2020年，该蝉群发生了提前出现，显示了适应的灵活性。该蝉群将于2024年5月下旬再次出现。
美国或将迎221年来的最大蝉灾吗？
虽然有些蝉群会相互靠近，但大部分地区实际上会像往年一样。就像一场夏日的交响乐，各蝉群在各自的“片区舞台”上演奏着自己独特的旋律，而不会相互干扰。
不是这个春田镇 via Wikimedia
在一些地区，比如伊利诺伊州的春田镇，XIX和XIII蝉群可能会在同一片树林附近畅游。但是，这并不意味着会有什么特别的事件发生。蝉群们会像往常一样，蜕皮、交配、产卵，然后就会像魔术一样消失。
但出于对动物学家们的了解，我们有理由相信，两类蝉群的相关实验将会在这个阶段开展，并能获得一些有趣或者令人失望的结果。
惠子谓庄子曰：“吾有大树，人谓之樗。其大本拥肿而不中绳墨，其小枝卷曲而不中规矩，立之涂，匠者不顾。今子之言，大而无用，众所同去也。”
庄子曰：“子独不见狸狌乎？卑身而伏，以候敖者；东西跳梁，不避高下；中于机辟，死于罔罟。今夫斄牛，其大若垂天之云。此能为大矣，而不能执鼠。今子有大树，患其无用，何不树之于无何有之乡，广莫之野，彷徨乎无为其侧，逍遥乎寝卧其下？不夭斤斧，物无害者，无所可用，安所困苦哉！”
《庄子-逍遥游》
就算是有些蝉群偶尔会互相接触，也不会带来灾难。它们已经在这个舞台上展示了几个世纪，自有它们的默契和生活方式。所以，暂时抛开国外水深火热的新闻，我们或许应该放轻松，自信而好奇地享受这个独特的自然奇观吧！
周期蝉是大自然赋予我们认识的宝贵财富。它们的生命历程如同一部自然的史诗，诉说着生命的奇迹和时间的律动。
在这个瞬息万变的时代，周期蝉以它们独特的方式，静静地跳动着自然的乐章，向我们展示着生命的韵律和生机。当我们或近或远地聆听到它们的歌声，我们仿佛也能感受到时间的流转，体味着自然的奥秘。
让我们共同珍惜这片美丽的家园，与周期蝉一起，静静地感受大自然的美好与神奇。
点击图片，查看专题
最后编辑于 2024年5月10日。
Williams, K. S., & Simon, C. (1995). The ecology, behavior, and evolution of periodical cicadas. Annual review of entomology, 40(1), 269-295.
Marshall, DC; Moulds, M; Hill, KBR; Price, BW; Wade, EJ; Owen, CO; Goemans, G; Marathe, K; Sarkar, V; Cooley, JR; Sanborn, AF; Kunte, K; Villet, MH; Simon, C (2018). "A molecular phylogeny of the cicadas (Hemiptera: Cicadidae) with a review of tribe and subfamily classification". Zootaxa. 4424 (1): 1–64.
Smith, J. J., & Hasiotis, S. T. (2008). Traces and burrowing behaviors of the cicada nymph Cicadetta calliope: Neoichnology and paleoecological significance of extant soil-dwelling insects. Palaios, 23(8), 503-513.
Lloyd, M., & Dybas, H. S. (1966). The periodical cicada problem. II. Evolution. Evolution, 466-505.
Grant, P. R. (2005). The priming of periodical cicada life cycles. Trends in Ecology & Evolution, 20(4), 169-174.
Riley, C. V. (1885). The periodical cicada. Science, (125), 518-521.
Yang, L. H. (2004). Periodical cicadas as resource pulses in North American forests. Science, 306(5701), 1565-1567.
Karban, R. (1980). Periodical cicada nymphs impose periodical oak tree wood accumulation. Nature, 287(5780), 326-327.
Williams, K. S., Smith, K. G., & Stephen, F. M. (1993). Emergence of 13‐yr periodical cicadas (Cicadidae: Magicicada): Phenology, mortality, and predators satiation. Ecology, 74(4), 1143-1152.
Lehmann-Ziebarth, N., Heideman, P. P., Shapiro, R. A., Stoddart, S. L., Hsiao, C. C. L., Stephenson, G. R., ... & Ives, A. R. (2005). Evolution of periodicity in periodical cicadas. Ecology, 86(12), 3200-3211.
Du, Z., Hasegawa, H., Cooley, J. R., Simon, C., Yoshimura, J., Cai, W., ... & Li, H. (2019). Mitochondrial genomics reveals shared phylogeographic patterns and demographic history among three periodical cicada species groups. Molecular biology and evolution, 36(6), 1187-1200.
Cooley, J. R., Marshall, D. C., Simon, C., Neckermann, M. L., & Bunker, G. (2013). At the limits: habitat suitability modelling of northern 17‐year periodical cicada extinctions (H emiptera: M agicicada spp.). Global Ecology and Biogeography, 22(4), 410-421.
