Brood X 幼蝉即将进入地下。前方未知仍是谜团。

10号蝉群将在接下来的17年里进行穴居、进食和生长。但科学界对于这些昆虫如何打发或计算时间还没有完全定论。
A red-eyed, black-bodied cicada with amber legs and wings perches on a brown stick facing towards the camera. The cicada's head is in sharp focus while the rest of the image blurs into the green background.
一只10号(数字“十”)周期蝉栖息在树枝上,这是2021年羽化期间的景象。尽管这只蝉现在已经死亡,但生命周期仍在继续。Dan Keck

随着七月进入八月,美国中部大西洋沿岸地区的阔叶树枝的梢头将因新一代的10号蝉群而变得生机勃勃。一只雌蝉一次可以产下多达600枚卵,分布在不同的巢穴中——尽管并非所有卵都能存活,但数亿只幼虫将会孵化出来,成为微小的若虫,然后从树冠上落下,消失在地底。

与几周前围绕10号蝉群羽化而进行的盛大仪式不同,康涅狄格大学研究蝉的昆虫学家John Cooley说,这次仲夏的虫雨将因若虫的体型微小而基本不为人注意。交配是这些生物生命周期中最显眼的一个阶段;接下来是安静地回归地下,进行为期17年的生长发育期。

然而,尽管数量庞大,但关于蝉地下阶段的某些方面对于生物学家来说仍然是神秘的——甚至是存在争议的。虽然若虫的前足经过特殊改造,可以像鼹鼠一样挖掘,但它们也能凭借米粒大小的身体穿梭于现有的裂缝和孔洞中。有些甚至可能通过跟随上一代留下的隧道爬出地面来开始它们的旅程。

马萨诸塞州圣约瑟夫大学(Mount St. Joseph University)的昆虫学家Gene Kritsky说,一旦它们深入地表一到两英寸,若虫很可能会以草根为食。Kritsky曾写过一本关于10号蝉群的书。Cooley对此说法不太确定。“我认为我们对那里发生的事情知之甚少,”他说。“如果你有X射线视力,能够看到土壤,那将是一大片根系,你或任何人几乎都无法分辨这些根系属于什么植物。”

Kritsky和Cooley都同意,下一步是若虫寻找更深、更粗壮的根系来支撑它们漫长的成年之旅。但它们会向下钻多深呢?Kritsky说,在地下发育最后阶段的若虫通常可以在地表下4到6英寸处找到。但有一个寒冷的十一月,他发现它们深入地下8到12英寸,这让他认为这些昆虫是为了到达更温暖的温度而挖得更深。尽管如此,Cooley指出,这个深度在许多地方都高于冻土层,“这引发了一些有趣的问题。”它们如何避免冻结?它们在不同的层次和根系之间到底移动了多少? 

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Kritsky和Cooley等专家依靠挖掘蝉的若虫来研究它们在羽化周期之间的情况。然而,获取活体标本是一项严峻的挑战:在与食物来源分离的过程中,若虫会死亡。理想情况下,应该有更好的方法。

Cooley说:“我们一直梦想着建造一个类似蚂蚁农场的装置”来观察蝉的整个生命周期。但到目前为止,还没有研究人员成功地在实验室里将周期性蝉(就像构成10号蝉群的那些)从卵养育成成虫。Cooley解释说,蝉的土壤需求非常特殊;他推测土壤的质地或稠度可能是问题的关键。“我们不知道什么才是‘刚刚好’,”他说。“这是关于土壤的某种东西,是关于根系的某种东西。我们已经尝试了我们能想到的一切。显然,我们在整个过程中遗漏了一个显而易见但很重要的部分。”

即使是蝉最酷的绝技——协调一致的羽化——仍然是一个谜。同一个蝉群的个体可以以不同的速率成熟,但不知何故却能同时达到相同的“毕业”信号。主流的观点是,这些昆虫会通过树木的季节性变化来追踪年份,吸收叶子在春天生长和秋天落下的信息。Cooley说:“蝉没有时钟。它们不看时间——它们计数。但那仍然是假设。”

Kritsky进一步指出:“我们不知道的是它们如何记住过去了一年。”

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幸运的是,研究人员不必等到2038年10号蝉群再次出现,才能在地面上研究活着的周期性蝉。2024年,一场史无前例的221年双重羽化将在美国南部和中西部发生,届时17年期和13年期的13号和19号蝉群的生命周期将重叠。所有七种*Magicicicada*(一种蝉属)的物种将同时蜕变为成虫——这是一个让昆虫学家非常兴奋的现象。Cooley说:“这将是一个研究它们生命周期相关问题的绝佳机会。”

在此期间,美国中部大西洋沿岸地区的居民可以通过在有产卵迹象的树木底部放置一块黑色建筑纸,来观察10号蝉群表演的第二幕。Cooley说:“你会看到小若虫掉到(纸上),然后找到自己的路进入土壤,重新开始整个生命周期。”

 

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劳伦·勒弗

撰稿人

劳伦·勒弗是一位常驻纽约布鲁克林的科学、技术和环境记者。她撰写了许多主题,包括人工智能、气候和奇异的生物学,因为她好奇心极重。当她不写作时,她大概在徒步旅行。

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