“居高聲自遠”的蟬，一生絕大部分時間都在沉默中度過。今年5月前後，美國東(dong) 部數以億(yi) 計的蟬將破土而出，上次這樣的喧囂還是十七年前。

撰文/記者 丁林 新媒體(ti) 編輯/陳炫之

“池塘邊的榕樹上，知了在聲聲叫著夏天。”在每年暑期的烈日下，動物們(men) 紛紛沒了蹤影，唯有蟬在樹上高唱，成為(wei) 夏日獨特的背景音。

蟬科動物俗稱知了、蛭蟟、季鳥等，全世界已知的蟬科動物約有3000餘(yu) 種，許多在熱帶地區生活。多數種類的蟬每年都會(hui) 出現，為(wei) 炎熱的夏天增添一番生氣。

雖然我們(men) 年年都能聽見蟬鳴，但是當年羽化的蟬並非前一年所孵化——蟬的一生中大部分時間以幼蟲形態穴居在地下。

幼蟲孵化後會(hui) 鑽入土中，靠吸食樹根的汁液生存。根據品種的不同，多數蟬的幼蟲會(hui) 在土壤中生活若幹年並經曆多次蛻皮，隨後從(cong) 地底鑽出，爬上高枝羽化、交配、產(chan) 卵，孵化後的蟬卵又再進入下一個(ge) 生命周期。

古代中國人觀察到蟬的這些行為(wei) ，認為(wei) 它們(men) “蛻於(yu) 濁穢”“居高飲潔”，將其作為(wei) 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(men) 能像蟬一樣“羽化重生”。

△電視劇《三國演義(yi) 》中，一些東(dong) 漢官員冠冕上有蟬形裝飾（圖片來源於(yu) 網絡）

多數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(ge) 屬），生命周期長達13或17年。今年4月底到5月間，美國東(dong) 部一些地區的周期蟬將集體(ti) 破土而出，群體(ti) 預計以數十億(yi) 計。

今年出現的周期蟬，上一次在陽光下呼朋引伴還是2004年（雅典奧運會(hui) 正準備召開，人們(men) 還在用著翻蓋手機）。周期蟬的幼蟲在地下待十幾年做什麽(me) ？它們(men) 為(wei) 什麽(me) 要如此守時？

魔蟬現世

大多數種類的蟬在地底的生命長度，取決(jue) 於(yu) 它們(men) 達到成熟體(ti) 重所需的時間。這些蟬在每年夏天的7~8月“睡到自然醒”，出現的時間並不固定。

但在北美洲的一些地方，隨著土地在春天回暖，從(cong) 地裏鑽出來的不隻是花花草草，還有數以億(yi) 計的周期蟬幼蟲。

△周期蟬幼蟲鑽出地麵（圖片來源：紀錄片《行星地球》）

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

今年5月前後，一些已經在地底生長17年的幼蟲會(hui) 鑽到20厘米深處等待，當那裏的土壤溫度達到18℃的時候，它們(men) 就會(hui) 在黃昏或夜晚時分同步出現。首先鑽出地麵的是雄蟬，幾天後雌蟬也會(hui) 跟著現身。幼蟲爬上附近的喬(qiao) 木，在樹幹上羽化為(wei) 成蟲。

△周期蟬幼蟲不經化蛹，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。蛻皮之後的成蟲在半個(ge) 小時後就會(hui) 從(cong) 蒼白變為(wei) 深色，再過數天就能夠飛行。而在隨後的大約4周的時間內(nei) ，越來越多的蟬從(cong) 靜音模式切換到“最高音量”，樹林附近到處都會(hui) 回響著雄蟲們(men) 求偶的情歌。

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

在完成交配後，雌蟲會(hui) 用尖銳的產(chan) 卵管在嫩枝上鑽出深洞，並在內(nei) 產(chan) 下數以百計的卵。完成繁殖任務後，成蟲就會(hui) 大批死亡。在6~10周後，米粒大小的幼蟲就會(hui) 孵化並從(cong) 枝頭掉落，鑽入地底開始新的生命循環。

周期蟬這一屬中有7個(ge) 物種，其中有3種17年蟬、4種13年蟬，它們(men) 目前隻分布在北美洲，未在其他大洲發現過。根據出土繁殖的年份，現存的周期蟬又被劃進15個(ge) “群”（Brood），每個(ge) 群中可能有若幹種周期蟬。

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

今年與(yu) 人們(men) 見麵的是“第10群”，它們(men) 在2004年春天鑽入地底。在樹上高聲喧嘩的幾周，隻是周期蟬們(men) 十幾年默默蟄伏地底後的“華麗(li) 收場”。

蟬多勢眾(zhong)

在美國，周期蟬成批湧現的“大型相親(qin) 現場”可能讓人聯想到蝗災。根據科學家的預估，今年“第10群”會(hui) 在美國包括華盛頓特區的十幾個(ge) 州密集出現，某些地區每平方米會(hui) 有多達260~320隻蟬。

與(yu) 蝗群吞噬一切不同的是，蟬群是來“請客”的。

3000多種蟬中，多數蟬演化出了躲避捕食者的靈巧身段，周期蟬則不然——它們(men) 不叮也不咬，移動不算敏捷，個(ge) 性又十分招搖，甚至不會(hui) 躲避獵食者（當地的人們(men) 會(hui) 發現周期蟬完全不介意在他們(men) 身上歇腳）。

▲大眼瞪小眼（圖片來源於(yu) 網絡）

周期蟬唯一的優(you) 勢就是龐大的數量。它們(men) 出現的那一年，各種本地動物獲得了一次免費的自助餐機會(hui) ，但這些“會(hui) 飛的小龍蝦” 數以億(yi) 計，怎麽(me) 也吃不完。因此，周期蟬的群體(ti) 規模越巨大，平均到每隻蟬頭上的被捕食風險就越小。

天生的“數學家”

為(wei) 什麽(me) 周期蟬有著13和17年的漫長生命周期？

一種假說認為(wei) ，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這樣的質數（隻能被1和本身整除的數字）周期，可以避免與(yu) 捕食者的種群興(xing) 衰周期同步。假設蟬的生命周期是12年這樣的非質數，則它與(yu) 那些生命周期為(wei) 1年、2年、3年、4年、6年及12年的天敵都可能反複遭遇，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(yu) 冰河時代聯係起來——在周期蟬起源的時期，北美地區出現了一些“冷夏”，而更長的生命周期增加了這些昆蟲種族延續的可能。

△7種周期蟬的共同祖先，生活在390萬(wan) 年前（圖片來源：《Communications Biology》）

但上述兩(liang) 種理論不能解釋周期蟬所有的特點。再者說，如果質數、漫長生命周期的優(you) 勢如此明顯，全世界其他的3000餘(yu) 種蟬為(wei) 什麽(me) 沒有采取類似的繁殖策略？另外，周期蟬又是如何精確計算年份的？

2000年，加州大學戴維斯分校的研究者借助基因工程技術，改造了一棵“養(yang) 育”周期蟬幼蟲的桃樹，使其一年開花兩(liang) 次。他們(men) 發現，已經在地底發育15年的周期蟬在一年之後鑽出了地麵。研究者因此猜測，周期蟬能夠感知植物根部的季節性液體(ti) 流動，從(cong) 而“計算”出已經在地底待過的年份。在一些暖冬，地底的某些周期蟬可能“多算一個(ge) 春天”。但這些昆蟲又如何計數？科學家還不清楚。

（圖片來源：TED-Ed）

周期蟬的秘密，目前還難以準確回答。這其中最大的挑戰，恰恰是它們(men) 超長的生命周期——為(wei) 了觀察一群周期蟬的行為(wei) 變化，研究者要等待數十年的時間。“來也匆匆，去也匆匆”，十數年的隱居生活後，它們(men) 隻在世間留下短暫喧囂。

它們(men) 還會(hui) “準時赴約”嗎？

研究者已經知道，由於(yu) 幼蟲在地下所處環境的不同，周期蟬破土而出的時間也未必那麽(me) 準時。一些食物供應更豐(feng) 富的個(ge) 體(ti) 會(hui) 提前4年鑽出，而營養(yang) 不足的個(ge) 體(ti) 則會(hui) 推遲4年。例如2017年時，美國就發現了許多“10號群”周期蟬提前出現。

美國康涅狄格大學的生物學家發現，周期蟬對於(yu) 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，最終永久地轉變為(wei) 13年周期。少量的周期蟬“提前赴約”時，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年蟬提前出土並成功繁殖，未來就可能會(hui) 出現另一個(ge) 13年蟬的群體(ti) 。

（圖片來源於(yu) 網絡）

“第10群”周期蟬下一次破土而出，就是2038年了。17年後的世界會(hui) 是什麽(me) 樣，大概誰也說不準。隨著全球氣候的變化，自然界的“大功率鬧鍾”在17年、34年、51年後還會(hui) 不會(hui) 那麽(me) 準時響起，大概也沒人能“知了”。


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