周期蝉新解

（文 / 袁越）

本专栏曾经写过北美周期蝉（Periodical Cicadas）的故事，这种蝉的生命周期非常长，每13年或者17年才出土繁殖一次，其余时间都躲在地下等待时机。

一提到周期蝉，大家肯定首先想到的是“13”和“17”这两个数字，因为它们都是质数，仿佛周期蝉懂数学似的。不过，专门研究周期蝉的科学家们并不这么看，他们认为周期蝉最让人迷惑的地方在于若虫（Nymphs，就是俗称的季鸟猴）的生命周期为什么会这么长？研究表明，周期蝉的若虫在第8年时就已经成熟了，此时如果强行让它们提前出土是完全没有问题的，但这些若虫似乎约好了似的，躲在地下耐心等待，直到第13年或者第17年时才集体破土而出。

周期蝉的这一神奇特性早在1633年就被北美移民们发现了，此后不断有人试图揭开这个秘密，但都无功而返。科学家们提出过很多理论，有人认为周期蝉体内有一种寄生虫，是它们控制了周期蝉的生命周期，还有人认为这是为了防止同类之间互相争夺食物或者近亲交配，以及防范地面上的天敌，后面这两个假说似乎可以解释为什么周期是质数，因为这可以减少同步的机会。问题在于，这些假说都只是理论上的猜想，科学家们没有发现一个确凿的证据。比如，至今没有找到任何一种天敌，其生命周期符合前文提到过的质数假说。

美国康奈尔大学的动物行为学家沃特·科尼格（Walt Koenig）和美国农业部的生态学家安德鲁·利比霍德（Andrew Liebhold）一直对周期蝉很感兴趣，他们注意到有人曾经报告过一个案例，有一窝周期蝉不知为何错误地提前跑出了地面，结果很快就被它们的天敌——鸟统统吃光了，根本没机会繁殖。读到这个故事后两人突发奇想：既然鸟能把“犯错误”的周期蝉统统吃光，说明那些“不犯错误”的周期蝉有某种手段能够躲过天敌的侵害。

于是，两人利用职务之便调取了1966～2010年北美所有鸟类的种群统计表，找出其中15种可以被称为是周期蝉天敌的鸟类，制作了一张随年份变化的种群数量曲线，意外地发现这个曲线的变化周期和周期蝉的生命周期几乎完全重合。“这个结果令我大吃一惊。”科尼格评价说，“我几乎不敢相信这是真的。”

具体说，17年周期蝉附近的鸟类种群数量变化正好也是17年，而且正好是周期蝉出土的那一年种群数量达到最低点，然后迅速增加，等下一个17年到来时又会再度到达最低点。而13年周期蝉附近的鸟类种群数量变化也正好是13年，只不过变化曲线更复杂一些，分别在第4年和第10年时有一个波谷。有趣的是，有人发现13年周期蝉种群有时会因为某种不知道的原因而延迟出土，而出土的时间恰好是在第二个周期的第4年！

这个结果有没有可能是统计数据的偏差呢？要知道，周期蝉出土的那段时间周围环境是非常吵的，也许鸟们都被周期蝉疯狂的求偶鸣叫声给吓跑了，或者统计鸟类种群数量的工作人员因为环境太吵而没有发现躲在树上的鸟。但后续研究发现即使是周期蝉没有出现的地区，只要和出土的地方挨得足够近，同样会有这个变化，这说明统计结果是可信的。

那么，鸟类的种群数量周期为什么会有13年和17年的周期呢？两位研究者认为，这是受周期蝉所控制的。周期蝉对于鸟类毫无防范措施，基本上只能坐以待毙，这就是为什么那些“犯错误”的周期蝉很快就被杀死的原因。周期蝉唯一的防御武器就是等鸟类的种群下降时趁机迅速繁殖，然后钻入土中等待下一次机会。按照这个猜想，如果周期蝉能进化出一种办法，控制鸟类的种群周期，就能逃过一劫，继续繁衍下去。

两位科学家将研究结果写成论文，发表在2012年12月17日出版的《美国博物学家》（The American Naturalist）杂志上。这篇文章没有解释周期蝉到底是用什么办法控制鸟类周期的，但两人提出了一个假说，认为周期蝉出土时会给当地的土壤组成带来巨大的变化，从而影响到整个生态系统的构成。也许正是这种突然而又巨大的变化在鸟的身体里埋下了伏笔，最终导致鸟类的种群数量在第13年和第17年时有个突然的下降。

换句话说，“13”和“17”这两个数字也许就是一个偶然，和质数没有关系。 新解周期