周期蝉

分布于北美的昆虫

周期蝉（Magicicada）是北美一类蝉的属名。其生命周期为十三年或十七年，也被称为十七年蝉或十三年蝉。幼虫孵化后即钻入地下，一生绝大多数时间在地下度过，靠吸食树根的汁液生存。到了孵化后的第十三年或十七年，同种蝉的若虫同时破土而出，在4-6周内羽化、交配、产卵、死亡。卵孵化后进入下一个生命周期。

基本简介

周期蝉是北美洲最为古老的昆虫之一。若虫生活在地下，吸吮树根的汁液，时间长达13年或17年，具体取决于它的种类。时机成熟时，大批若虫同时破土而出，场面蔚为壮观。然后，它们爬到树上或其他垂直物体表面，蜕皮变成有翅膀的成虫。它们在夜间离开蝉蜕，花一夜的时间舒展新长出来的翅膀、让外骨骼硬化。

雄蝉会成群结队地呜叫，吸引雌蝉。每种周期蝉都有自己的叫声，有的种类声音很大。靠近异性时，雄蝉的叫声会变成独特的求偶声，如果雌蝉欣然回应，两只蝉就会交尾。然后,雌蝉在树枝上挖出缝隙，产下自己的卵。小若虫破壳而出，坠落到地面上，钻进树根之间，等到多年以后破土而出。

生命周期

自17世纪中叶起，科学家就一直对周期蝉的生命周期困惑不已。它们遵循着相同的基本生命周期：幼虫在地底生活13或17年，然后在夏季大量出现。它们爬上树，蜕皮，成长为成虫，然后在短短数周内，成虫相遇、交配、产卵。孵化后，幼虫会回到地底，等待下一个轮回。

相关研究

周期蝉大批涌现，捕食性鸟类数量最低：

20世纪初的研究指出，在非常规周期内出现的蝉会被捕食性鸟类吃得一干二净。这次两名研究者决定探个究竟，看看鸟的数量是怎样影响这种昆虫的生命周期的。

这篇论文的作者是沃尔特·科尼格（Walt Koenig），康奈尔大学的行为生态学家，以及安德鲁·利布霍尔德（Andrew Liebhold），美国农业部林业局的生态学家。他们二人共同研究了从1966年到2010年期间北美捕食性鸟类种群资料，主要针对15种鸟类，包括黄嘴美洲鹃（Coccyzus americanus）、红头啄木鸟（Melanerpes erythrocephalus）、家雀（asser domesticus）等以蝉为食的鸟类。研究显示，在周期蝉大批涌现的当年，这些鸟类的数量达到最低点。

在十七年蝉大批出现12年后，捕食它们鸟类的数量开始减少，最终在第17年达到最低点——正是十七年蝉再次大批出现的年份。以十三年蝉为食的鸟类遵循着类似规律。科尼格说：“蝉控制了鸟类的数量；它们给鸟设计了一条轨道，使得下一批蝉出现时鸟类的数量大幅减少。”

周期蝉用资源脉动影响环境操纵鸟类数量：

那蝉到底是怎样通过生命周期来操纵鸟类数量的呢？曾有另一项研究揭示了蝉的生物量（biomass）对环境的巨大影响。“这是一个巨大的资源脉动，滋养了一切——土壤、树木和鸟类都从中获得了丰富的营养。现在看来，（蝉）大批出现对环境的影响会持续很长时间——一直持续到下一批周期蝉出现。”科尼格说道。

该理论对周期蝉的蛰伏提供了一个新解释，但迷雾仍未散尽。“我们仍未有一个好的理论，现在仍无法解释周期蝉带来的资源脉动是如何准确地在13或17年内使鸟的数量达到最低点的，”科尼格说，“这让人百思不得其解。”

周期蝉的种群隔离和渐渗现象：

线粒体DNA标记物已用于解释周期蝉( magicicada)三个种的进化起源。这些蝉在美国东部的落叶林中以地下树根为食，在密西西比河流域和美国南部，它们的生活周期为13年，但在北部和西部，其生活周期是17年。在这些区域的某些地方几乎每年成年蝉都大群地从地下同时出现，进行交配和产卵。同时大量出现可能对这些蝉是有利的，因为如此多的量使许多个体免遭捕食。而且，长的生活周期避免了与捕食者同步出现。在同一年出现的蝉称之为“-群”( brood)。17龄蝉(M. septemdeci)的17群中的13个和13龄蝉(M. tredeci)的13群中的3个已得到鉴定，而且它们的出现方式也已被鉴定和监测。大多数的蝉都按它们的生活周期出现，但也有少数个体不按它们本身的生活周期出现。17龄蝉的生活周期中包括早期蛹生长的4年的抑制期，若这一抑制期取消，那么这一群的蝉会在13年后出现。这表明有一个基因控制着生活周期的长度。问题是13年后出现的蝉是否是17龄蝉发生了某些类型的遗传改变后而出现的呢？在伊利诺斯州有证据表明在1868年17龄蝉与13龄蝉同时出现并杂交后，随后出现的种群其成虫每13年出现一次。

为了解决这个复杂的进化和生态学问题，Martin和 Simon分析了杂种伊利诺斯州种群的腹片颜色、等位基因酶多态现象的频率(磷酸葡萄糖变位酶，PGM)和 mtdNA( Martin and simon，1988)。数据显示这个伊利诺斯州13龄蝉的 mtDNA与相邻的17龄蝉相似，而与相邻的13龄蝉不同，其腹片颜色和PGM多态频率与17龄蝉相似。这一结果与两个种群发生了杂交、13年生活周期占控制地位这样的假设是一致的。

然而，Main和 Simon反对这个关于杂交的假设。他们认为，大多数杂交是种群在狭窄地带接触而发生的，而这个新的蝉种群是大面积地发生。在整个种群中，完全消除一种 mtdNA基因型需要极强的选择，但自1868年以来只有8代蝉可供选择。而且，如果有杂交发生，那么腹片颜色和PGM多态性频率应有中间表型出现，但结果却相反。这个发现被解释为只发生了大规模的生活周期转变，而没有发生杂交。生活史的转变只是由于17龄蝉在发育过程中经历了4年的快速发育期。Martin和 Simon认为生活史长度的转变可能是由环境因素造成的,，种群密度过大。

生活周期的改变能够在以前统一发育的17龄蝉种群中打破基因漂移而启动遗传分化。新的暂时分离群的形成创造了新的遗传机会，因为它可将两个遗传上不同的种群结合在一起。将生活周期从17年转变到3年的个体同以前分离的群一样每13年同时出现一次，如果它们能够并它生能存活的后代的话,在以前独立群之间是可能发生基因漂流的。

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