做好準(zhǔn)備。美國(guó)即將爆發(fā)一波巨大的蟬。

在北美最近的日食之后，另一個(gè)歷史性的自然事件即將到來。從 4 月下旬到 2024 年 6 月，最大的 13 年生蟬巢，稱為育雛 XIX，將與中西部的 17 年蟬育雛 XIII 共同出現(xiàn)。

本次活動(dòng)將影響 17 個(gè)州，從馬里蘭州向西到愛荷華州，向南到阿肯色州、阿拉巴馬州和佐治亞州北部、卡羅來納州、弗吉尼亞州和馬里蘭州。像這樣具有不同生命周期的兩個(gè)特定育雛的共同出現(xiàn)每 221 年才發(fā)生一次.這兩個(gè)團(tuán)體最后一次一起出現(xiàn)是在1803年，當(dāng)時(shí)托馬斯·杰斐遜（Thomas Jefferson）擔(dān)任總統(tǒng)。

在大約四個(gè)星期的時(shí)間里，分散的樹木繁茂的郊區(qū)將響起蟬獨(dú)特的口哨聲、嗡嗡聲和啁啾交配聲。交配后，每只雌性會(huì)在鉛筆大小的樹枝上產(chǎn)下數(shù)百個(gè)卵。然后成年蟬會(huì)死。一旦卵孵化，新的蟬若蟲就會(huì)從樹上掉下來，鉆回地下，再次開始循環(huán)。

全世界可能有3000到5000種蟬，但美國(guó)東部的13年和17年周期性蟬似乎是獨(dú)一無二的，它將地下漫長(zhǎng)的幼年發(fā)育時(shí)間與同步的大規(guī)模成蟲出現(xiàn)相結(jié)合。世界上還有另外兩種已知的周期性蟬，一種在印度東北部，一種在斐濟(jì)，但它們的生命周期分別只有四年和八年。

周期性的蟬給昆蟲學(xué)家和公眾提出了許多問題。蟬在地下 13 或 17 年做什么？為什么它們的生命周期這么長(zhǎng)？為什么它們是同步的？今年春天出現(xiàn)的兩只幼崽會(huì)相互作用嗎？公民科學(xué)家如何幫助記錄這一現(xiàn)象？并且是氣候變化影響昆蟲世界的這個(gè)奇跡？

我們研究周期性蟬要了解以下問題生物多樣性， 生物地理學(xué),行為與生態(tài)– 生命的進(jìn)化、自然歷史和地理分布。周期性 13 年和 17 年蟬的學(xué)名是魔術(shù)師，簡(jiǎn)稱為“魔蟬”。

古代訪客

作為物種，周期性蟬比它們棲息的森林更古老。分子分析表明，大約在400萬年前，現(xiàn)在的祖先魔術(shù)師物種分為兩個(gè)譜系.大約150萬年后，其中一個(gè)譜系再次分裂。由此產(chǎn)生的三個(gè)譜系是現(xiàn)代周期性蟬物種群的基礎(chǔ)，德西姆、卡西尼號(hào)和德庫(kù)拉.

早期的美國(guó)殖民者首先在馬薩諸塞州遇到了周期性的蟬。如此多的昆蟲的突然出現(xiàn)讓他們想起了圣經(jīng)中的蝗蟲瘟疫，蝗蟲是一種蚱蜢。這就是“蝗蟲”這個(gè)名字在北美被錯(cuò)誤地與蟬聯(lián)系在一起的原因。

在 19 世紀(jì)，著名的昆蟲學(xué)家如本杰明·沃爾什,CV萊利和查爾斯·馬拉特研究了周期性蟬的驚人生物學(xué)。他們確定，與蝗蟲或其他蚱蜢不同，蟬不會(huì)咀嚼樹葉、破壞莊稼或成群結(jié)隊(duì)地飛行。

相反，這些昆蟲一生中的大部分時(shí)間都在看不見的地方度過，在經(jīng)歷五個(gè)幼年階段時(shí)生長(zhǎng)在地下并以植物根部為食。它們的同步出現(xiàn)是可預(yù)測(cè)的，在北部以17年，在南部和密西西比河谷為13年的發(fā)條時(shí)間表發(fā)生。有多個(gè)區(qū)域年級(jí)，稱為育雛。

這張地圖上的每種顏色代表 13 年或 17 年的蟬巢，由康涅狄格大學(xué)的研究人員觀察活躍的蟬合唱表示。育雛XIII（棕色）和XIX（橙色）將于2024年出現(xiàn)。單擊任何點(diǎn)以查看它屬于哪個(gè)育雛。源：康涅狄格大學(xué)，經(jīng)許可使用。

齊心協(xié)力

主要特點(diǎn)魔術(shù)師生物學(xué)是這些昆蟲同步大量出現(xiàn)——高達(dá)每英畝150萬.這增加了他們?cè)诘孛嫔贤瓿申P(guān)鍵任務(wù)的機(jī)會(huì)：尋找配偶。

密集的突發(fā)事件也提供了科學(xué)家所說的捕食者滿足或數(shù)量安全防御。任何以蟬為食的捕食者，無論是狐貍、松鼠、蝙蝠還是鳥類，都會(huì)在吃掉該地區(qū)所有昆蟲之前很久就吃掉它，留下許多幸存者。

雖然周期性蟬基本上每 17 或 13 年就會(huì)按時(shí)出現(xiàn)一次，但通常會(huì)有一小群蟬提前或晚四年出現(xiàn)。早期出現(xiàn)的蟬可能是生長(zhǎng)較快的個(gè)體，可以獲得豐富的食物，而落后的蟬可能是生存較少的個(gè)體。

如果生長(zhǎng)條件隨著時(shí)間的推移而變化，就像現(xiàn)在氣候變暖一樣，有能力進(jìn)行這種生命周期轉(zhuǎn)換，在有利時(shí)期提前四年或在更困難的時(shí)期晚四年出現(xiàn)變得很重要。如果突然的溫暖或寒冷階段導(dǎo)致大量蟬在四年內(nèi)不按計(jì)劃出現(xiàn)，那么昆蟲可以出現(xiàn)足夠的數(shù)量來滿足捕食者并轉(zhuǎn)移到新的時(shí)間表。

氣候變化會(huì)改變 Magicicada 時(shí)鐘嗎？

大約10,000到20,000年前，隨著冰川從現(xiàn)在的美國(guó)撤退，周期性的蟬充滿了東部森林。不同地點(diǎn)的臨時(shí)生命周期切換形成了一個(gè)復(fù)雜的育雛馬賽克。

今天，在東北落葉林中有12個(gè)17年周期性蟬的育雛，樹木在冬天落葉。這些組按順序編號(hào)，并像一個(gè)巨大的拼圖游戲一樣組合在一起。在東南部和密西西比河谷，有三個(gè)13年生的蟬巢。

由于周期性蟬對(duì)氣候敏感，因此它們的育雛和物種的模式反映了氣候變化。例如，我們工作的遺傳和其他數(shù)據(jù)表明，13 年的物種Magicicada neotredecim，位于密西西比河谷上游，形成于大約20萬年前的間冰期.

隨著環(huán)境變暖，該地區(qū)17年的蟬在地下生活了13年后，一代又一代地相繼出現(xiàn)。最終，他們永久改為 13 年周期.

但目前尚不清楚蟬是否能像人類改變環(huán)境一樣迅速進(jìn)化。雖然周期性蟬更喜歡森林邊緣，在郊區(qū)茁壯成長(zhǎng)，但它們無法生存森林 砍伐或在沒有樹木的地區(qū)成功繁殖。

事實(shí)上，一些育雛已經(jīng)滅絕。在19世紀(jì)后期，一個(gè)育雛（XXI）在佛羅里達(dá)州北部和佐治亞州消失了。自 1954 年左右以來，康涅狄格州東北部的另一個(gè) （XI） 已經(jīng)滅絕，自 1800 年代中期首次開始測(cè)繪以來，紐約州北部的第三個(gè) （VII） 已從八個(gè)縣縮小到一個(gè)縣。

氣候變化也可能產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。隨著美國(guó)氣候變暖，更長(zhǎng)的生長(zhǎng)季節(jié)可能會(huì)提供更多的食物供應(yīng)。這最終可能會(huì)將更多的17年蟬變成13年的蟬，就像過去的變暖一樣改變Magicicada neotredecim.

2017 年在辛辛那提和巴爾的摩-華盛頓都會(huì)區(qū)以及 1969 年、2003 年和 2020 年在芝加哥都會(huì)區(qū)出現(xiàn)早期出現(xiàn)，更多的人參與了連續(xù)幾代人。我們假設(shè)這是由于氣候變暖造成的。

2024 年，17 年的育雛 XIII 將在地理上與 13 年的育雛 XIX 相鄰。然而，與最近的一些媒體報(bào)道相反，它們不會(huì)重疊。我們之所以知道這一點(diǎn)，是因?yàn)樵谇皫状鼈儐为?dú)出現(xiàn)時(shí)，我們已經(jīng)繪制了它們的地圖。在相鄰區(qū)域，我們無法區(qū)分這兩個(gè)育雛。它們?cè)谕庥^、歌曲和遺傳學(xué)上是相同的。

研究人員需要詳細(xì)的高質(zhì)量信息來跟蹤蟬隨時(shí)間的分布。公民科學(xué)家是這項(xiàng)工作的關(guān)鍵，因?yàn)橹芷谛缘南s種群數(shù)量如此之大，它們的成年蟬只持續(xù)幾周。

想要幫助記錄 2024 年出現(xiàn)的志愿者可以下載Cicada Safari手機(jī)應(yīng)用程序，提供快照并實(shí)時(shí)在線關(guān)注我們的研究www.cicadas.uconn.edu.如果蟬在你所在的地區(qū)，它們將很難被忽視，那么為什么不學(xué)會(huì)欣賞它們并玩得開心呢？

這是一篇文章最初發(fā)表于2021年3月12日。

約翰·庫(kù)利，生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)助理教授，康涅狄格大學(xué)和克里斯·西蒙，生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)高級(jí)研究科學(xué)家，康涅狄格大學(xué)

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