“居高聲自遠(yuǎn)”的蟬，一生絕大部分時(shí)間都在沉默中度過。今年5月前后，美國東部數(shù)以億計(jì)的蟬將破土而出，上次這樣的喧囂還是十七年前。

撰文/記者 丁林 新媒體編輯/陳炫之

“池塘邊的榕樹上，知了在聲聲叫著夏天?！痹诿磕晔钇诘牧胰障拢瑒?dòng)物們紛紛沒了蹤影，唯有蟬在樹上高唱，成為夏日獨(dú)特的背景音。

蟬科動(dòng)物俗稱知了、蛭蟟、季鳥等，全世界已知的蟬科動(dòng)物約有3000余種，許多在熱帶地區(qū)生活。多數(shù)種類的蟬每年都會出現(xiàn)，為炎熱的夏天增添一番生氣。

雖然我們年年都能聽見蟬鳴，但是當(dāng)年羽化的蟬并非前一年所孵化——蟬的一生中大部分時(shí)間以幼蟲形態(tài)穴居在地下。

幼蟲孵化后會鉆入土中，靠吸食樹根的汁液生存。根據(jù)品種的不同，多數(shù)蟬的幼蟲會在土壤中生活若干年并經(jīng)歷多次蛻皮，隨后從地底鉆出，爬上高枝羽化、交配、產(chǎn)卵，孵化后的蟬卵又再進(jìn)入下一個(gè)生命周期。

古代中國人觀察到蟬的這些行為，認(rèn)為它們“蛻于濁穢”“居高飲潔”，將其作為德行的榜樣。一些漢代官員的冠上裝飾有金蟬，寓意高潔；漢代貴族墓葬中，墓主人口中含著的蟬形玉，則寓意他們能像蟬一樣“羽化重生”。

△電視劇《三國演義》中，一些東漢官員冠冕上有蟬形裝飾（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

多數(shù)蟬的幼蟲在土壤中生活1~5年，但生活在北美洲的“周期蟬”(蟬科下的一個(gè)屬），生命周期長達(dá)13或17年。今年4月底到5月間，美國東部一些地區(qū)的周期蟬將集體破土而出，群體預(yù)計(jì)以數(shù)十億計(jì)。

今年出現(xiàn)的周期蟬，上一次在陽光下呼朋引伴還是2004年（雅典奧運(yùn)會正準(zhǔn)備召開，人們還在用著翻蓋手機(jī)）。周期蟬的幼蟲在地下待十幾年做什么？它們?yōu)槭裁匆绱耸貢r(shí)？

魔蟬現(xiàn)世

大多數(shù)種類的蟬在地底的生命長度，取決于它們達(dá)到成熟體重所需的時(shí)間。這些蟬在每年夏天的7~8月“睡到自然醒”，出現(xiàn)的時(shí)間并不固定。

但在北美洲的一些地方，隨著土地在春天回暖，從地里鉆出來的不只是花花草草，還有數(shù)以億計(jì)的周期蟬幼蟲。

△周期蟬幼蟲鉆出地面（圖片來源：紀(jì)錄片《行星地球》）

沉默了十幾年的蟬突然大量出現(xiàn)，也許曾讓200多年前剛剛踏上美洲大陸的開拓者們驚異不已——周期蟬這個(gè)屬的拉丁名Magicicada，字面意思就是“魔蟬”。

今年5月前后，一些已經(jīng)在地底生長17年的幼蟲會鉆到20厘米深處等待，當(dāng)那里的土壤溫度達(dá)到18℃的時(shí)候，它們就會在黃昏或夜晚時(shí)分同步出現(xiàn)。首先鉆出地面的是雄蟬，幾天后雌蟬也會跟著現(xiàn)身。幼蟲爬上附近的喬木，在樹干上羽化為成蟲。

△周期蟬幼蟲不經(jīng)化蛹，直接蛻皮羽化（圖片來源：nytimes.com）

最初幾天，這些蟬還算安靜，等待著新殼的硬化。蛻皮之后的成蟲在半個(gè)小時(shí)后就會從蒼白變?yōu)樯钌龠^數(shù)天就能夠飛行。而在隨后的大約4周的時(shí)間內(nèi)，越來越多的蟬從靜音模式切換到“最高音量”，樹林附近到處都會回響著雄蟲們求偶的情歌。

蟬是世界上叫聲最響亮的昆蟲之一，雄性蟬的腹部有獨(dú)特的發(fā)聲器官（鼓室），膨脹而中空的腹部也起到了增強(qiáng)聲音的效果。此外，雄蟬還喜歡湊在一起鳴叫，超過100分貝的蟬鳴聲不僅方便吸引雌性，也讓某些捕食者受不了。

在完成交配后，雌蟲會用尖銳的產(chǎn)卵管在嫩枝上鉆出深洞，并在內(nèi)產(chǎn)下數(shù)以百計(jì)的卵。完成繁殖任務(wù)后，成蟲就會大批死亡。在6~10周后，米粒大小的幼蟲就會孵化并從枝頭掉落，鉆入地底開始新的生命循環(huán)。

周期蟬這一屬中有7個(gè)物種，其中有3種17年蟬、4種13年蟬，它們目前只分布在北美洲，未在其他大洲發(fā)現(xiàn)過。根據(jù)出土繁殖的年份，現(xiàn)存的周期蟬又被劃進(jìn)15個(gè)“群”（Brood），每個(gè)群中可能有若干種周期蟬。

△雖然北美洲有時(shí)連續(xù)幾年都有周期蟬出現(xiàn)，但各群的蟬繁殖的區(qū)域重合較少，避免了捕食者“連年有蟬”（圖片來源：美國農(nóng)業(yè)部）

今年與人們見面的是“第10群”，它們在2004年春天鉆入地底。在樹上高聲喧嘩的幾周，只是周期蟬們十幾年默默蟄伏地底后的“華麗收場”。

蟬多勢眾

在美國，周期蟬成批涌現(xiàn)的“大型相親現(xiàn)場”可能讓人聯(lián)想到蝗災(zāi)。根據(jù)科學(xué)家的預(yù)估，今年“第10群”會在美國包括華盛頓特區(qū)的十幾個(gè)州密集出現(xiàn)，某些地區(qū)每平方米會有多達(dá)260~320只蟬。

與蝗群吞噬一切不同的是，蟬群是來“請客”的。

3000多種蟬中，多數(shù)蟬演化出了躲避捕食者的靈巧身段，周期蟬則不然——它們不叮也不咬，移動(dòng)不算敏捷，個(gè)性又十分招搖，甚至不會躲避獵食者（當(dāng)?shù)氐娜藗儠l(fā)現(xiàn)周期蟬完全不介意在他們身上歇腳）。

▲大眼瞪小眼（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

周期蟬唯一的優(yōu)勢就是龐大的數(shù)量。它們出現(xiàn)的那一年，各種本地動(dòng)物獲得了一次免費(fèi)的自助餐機(jī)會，但這些“會飛的小龍蝦” 數(shù)以億計(jì)，怎么也吃不完。因此，周期蟬的群體規(guī)模越巨大，平均到每只蟬頭上的被捕食風(fēng)險(xiǎn)就越小。

天生的“數(shù)學(xué)家”

為什么周期蟬有著13和17年的漫長生命周期？

一種假說認(rèn)為，周期蟬演化出漫長的生命周期能夠躲避捕食者，特別是13/17這樣的質(zhì)數(shù)（只能被1和本身整除的數(shù)字）周期，可以避免與捕食者的種群興衰周期同步。假設(shè)蟬的生命周期是12年這樣的非質(zhì)數(shù)，則它與那些生命周期為1年、2年、3年、4年、6年及12年的天敵都可能反復(fù)遭遇，使得種群生存受到威脅。

另一些研究則將周期蟬的生命周期與冰河時(shí)代聯(lián)系起來——在周期蟬起源的時(shí)期，北美地區(qū)出現(xiàn)了一些“冷夏”，而更長的生命周期增加了這些昆蟲種族延續(xù)的可能。

△7種周期蟬的共同祖先，生活在390萬年前（圖片來源：《Communications Biology》）

但上述兩種理論不能解釋周期蟬所有的特點(diǎn)。再者說，如果質(zhì)數(shù)、漫長生命周期的優(yōu)勢如此明顯，全世界其他的3000余種蟬為什么沒有采取類似的繁殖策略？另外，周期蟬又是如何精確計(jì)算年份的？

2000年，加州大學(xué)戴維斯分校的研究者借助基因工程技術(shù)，改造了一棵“養(yǎng)育”周期蟬幼蟲的桃樹，使其一年開花兩次。他們發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)在地底發(fā)育15年的周期蟬在一年之后鉆出了地面。研究者因此猜測，周期蟬能夠感知植物根部的季節(jié)性液體流動(dòng)，從而“計(jì)算”出已經(jīng)在地底待過的年份。在一些暖冬，地底的某些周期蟬可能“多算一個(gè)春天”。但這些昆蟲又如何計(jì)數(shù)？科學(xué)家還不清楚。

（圖片來源：TED-Ed）

周期蟬的秘密，目前還難以準(zhǔn)確回答。這其中最大的挑戰(zhàn)，恰恰是它們超長的生命周期——為了觀察一群周期蟬的行為變化，研究者要等待數(shù)十年的時(shí)間。“來也匆匆，去也匆匆”，十?dāng)?shù)年的隱居生活后，它們只在世間留下短暫喧囂。

它們還會“準(zhǔn)時(shí)赴約”嗎？

研究者已經(jīng)知道，由于幼蟲在地下所處環(huán)境的不同，周期蟬破土而出的時(shí)間也未必那么準(zhǔn)時(shí)。一些食物供應(yīng)更豐富的個(gè)體會提前4年鉆出，而營養(yǎng)不足的個(gè)體則會推遲4年。例如2017年時(shí)，美國就發(fā)現(xiàn)了許多“10號群”周期蟬提前出現(xiàn)。

美國康涅狄格大學(xué)的生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，周期蟬對于氣候十分敏感。美國南方的一種13年蟬，正是原本的17年蟬在溫暖的氣候中多次提前4年破土而出，最終永久地轉(zhuǎn)變?yōu)?3年周期。少量的周期蟬“提前赴約”時(shí)，很可能被捕食者迅速一掃而空，或者找不到配偶。但是如果大量的17年蟬提前出土并成功繁殖，未來就可能會出現(xiàn)另一個(gè)13年蟬的群體。

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

“第10群”周期蟬下一次破土而出，就是2038年了。17年后的世界會是什么樣，大概誰也說不準(zhǔn)。隨著全球氣候的變化，自然界的“大功率鬧鐘”在17年、34年、51年后還會不會那么準(zhǔn)時(shí)響起，大概也沒人能“知了”。


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