13年蝉∪17年蝉，数以亿计周期蝉在今夏相遇，但其实也没有那么罕见
13年蝉∪17年蝉，数以亿计周期蝉在今夏相遇，但其实也没有那么罕见
2024年夏天，美国东海岸将迎来一场罕见的自然奇观：数以亿计的周期蝉将从地下钻出，上演一场生命的狂欢。这种每隔13年或17年才出现一次的生物现象，不仅让科学家们着迷，也让普通民众惊叹不已。
（图片来源：illinois.edu）
一千多年前，南宋著名词人辛弃疾在乡村居住之时，田园生活的美好让他十分欣喜，因此写出了一首著名的《西江月·夜行黄沙道中》（初中必学古诗词），其中第一句是：
明月别枝惊鹊，清风半夜鸣蝉。
远处虽有蝉声，但偶尔的鸣叫却更让人悠然神往。但假如他“穿越”到这个夏天的美国东海岸，那估计感受到的就不会再是悠闲，而是片刻不得安宁的呱噪了。
周期蝉博物插画，这是由美国博物画家罗伯特-E-斯诺德格拉斯（Robert E. Snodgrass）在1930年绘制（图片来源：si.edu）
根据预测，在今夏的美国东部地区，大约会有1万亿只蝉成虫羽化。为什么会出现这么多蝉呢？这就是北美洲特有的周期蝉现象。
蝉是昆虫家族蝉科动物的统称，全球大约有3000多种，而周期蝉可能是其中最为特别的一类了。
常见的几种蝉。蝉在我国也很常见，各地有着很多不同的俗名，比如知了、知了猴、爬杈、嘟了龟儿……（图片来源：wikimedia.org）
作为成虫的蝉，寿命非常短。在4-6周的时间里，它需要与时间赛跑，不仅要躲避天敌和避免成为烤蝉蛹，完成觅偶、交配、产卵等一系列活动。当秋天来临，它的生命也将走到尽头。
但蝉的前半生，却意外的漫长。从卵到若虫的阶段，蝉都是在地下生活，它会在黑暗中生活几年甚至十几年时间才破土而出。而周期蝉（Periodical Cicida），正是其中生活周期最长的物种，甚至还是世界上寿命最长的昆虫之一。
蝉的一生（图片来源：网络）
目前全球已知的周期蝉共有9种，其中7种生活在北美洲，均属于周期蝉属（Magicicada）物种，分为13年蝉和17年蝉，也就是它们会分别在地下蛰伏13年和17年之后才冒出地面。
相比每年都出现的蝉，周期蝉的体型较小，大多数是黑色的，有着明亮的红色眼睛和橙色的翅膀和腿。在漫长的“童年期”，它们以吸食树根的汁液为生。而一旦到了该孵化的年份，当气温上升到20℃左右时，它们就会像接受到神秘的指令一般，在极短的时间内一起钻出地面。
点击空白处查看周期蝉蜕皮过程（图片来源：wikimedia.org）
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常年风平浪静，突然在某一年大量的蝉瞬间涌出。这种戏剧性的场面，让几百年前踏上美洲的殖民者们惊讶不已，也让周期蝉有了“魔蝉”的称号。更为神奇的是，13和17这两个周期数字又是质数，就似乎周期蝉学会了数学，懂得用质数减少被天敌吃掉的可能，提高生存率。
由于13和17最小的公倍数是221，所以很多报道都会以“221年一遇的奇观，上一次二者相遇还是我国清朝嘉庆年间”来报道今年的情况。那么，周期蝉真的有那么神奇吗，两种周期蝉的相遇也真的需要等待221年如此之久吗？
周期蝉选择13和17年孵化，很有可能不是主动的选择，而是被动筛选后的结果。根据目前科学界的主流观点：周期蝉大约是在400万年前的末次冰川期出现的，由于当地温度还很低，所以尽量延长孵化的年份，有利于周期蝉的存活；并且有很多寄生虫以蝉为家，这些寄生虫的生命周期一般都是3-4年。
周期蝉属物种及大致分布（图片来源：nature.com）
所以在漫长的时光中，很有可能出现过合数或者较短质数为周期的蝉，但在环境和天敌的侵袭下，这些种类最终都灭绝了，只有13和17年的周期蝉侥幸活了下来。
有一个证据可以佐证这样的猜想：虽然美洲的周期蝉是质数，但在大洋洲的斐济，生活着一种8年蝉；在印度的东北部还有一种“世界杯蝉”，因为它每四年出现一次。这说明，质数并不是周期蝉必备的特性，而更可能是一种自然筛选下的巧合。
“世界杯蝉”海报，这种蝉恰好每次出现的时间恰好都是举办足球世界杯的年份，当地甚至会举行足球赛来庆祝“世界杯蝉”的出现（图片来源：thebridge.in）
到目前为止，人类还没有在周期蝉的身上找到控制年份的基因。但有科学家曾经做过实验：让一株桃树在一年内开花两次，结果在它树下的周期蝉提前了一年钻出了的地面。所以周期蝉很有可能通过感知植物根部的季节性液体流动，从而激活体内的苏醒机制。
还有一种很流行的说法，那就是之所以分别是13年蝉和17年蝉，只有每221年二者才会同时出现，这样可以有效避免二者发生杂交或者产生竞争。
几百万年来，周期蝉都遵守着独特的时间周期（图片来源：scientificamerican.com）
但其实这种说法也不太站得住脚。不管是13年蝉还是21年蝉，都有很多不同的种群，它们孵化的年份也都各有区别。所以实际上每隔5、6年，两种周期蝉就会在同一年出现。
不过虽然时间上经常“撞车”，但空间上其实二者重合区域很有限。17年蝉的区域主要在五大湖附近，而13年蝉则更靠近大西洋沿岸和中部草原。虽然存在竞争和杂交的可能性，但概率并不高。
正因如此，科学家们也没有非常特意地关注今年蝉情，今年是轮到了17年（Brood XIII）和13年（Brood XIX）种群孵化，这两个种群相对分布较广，但同样重合区域有限，数量也没有非常夸张到“两百年一遇”。
今年孵化的两个周期蝉的种群分布图。其实在2022年，就已经有另外两种13年和17年蝉相遇了。只有特定两个不同生命周期的蝉群，二者才是每221年共同出现一次（图片来源：scientificamerican.com）
周期蝉富含蛋白质，每当它出现，也意味着当地各种动物迎来了“盛宴”。当然，也并不是只有我们中国人才会享用蝉蛹，北美洲原住民其实也一直都把周期蝉当作食材。
而今天的美国人如何面对“大自然的馈赠”呢？答案是卷玉米饼、拌入意面，甚至做成沙拉。
面对周期蝉，美国人同样也有勇敢尝试的人，甚至当地还会有专门介绍如何烹制的菜谱（图片来源：网络）
那么，突然爆发的周期蝉会对当地环境有影响吗？影响肯定是会有的，起码几周不绝于耳的蝉鸣肯定影响当地人休息。还有科学家注意到周期蝉出现的前一年，树木生长会因为蝉取食汁液变得缓慢。但作为已经存在了百万年的现象，周期蝉对于环境的波及其实很有限，也不太会给当地人传播疾病。
反而是由于人类的活动和全球气候异常，周期蝉自身的生活规律经常会被干扰，人们也目击过很多次周期蝉提前孵化的情况。如果气候再继续升高，对周期蝉来说可能就是毁灭性的打击。
希望几百年后的人类，也一样可以享受“蝉噪林逾静，鸟鸣山更幽”的美好夏天吧。
听到了蝉鸣，也意味着迎来了夏天（图片来源：folklife.si.edu）
本文原文来自澎湃新闻