数十亿只蝉即将罕见地从地下出现

继北美最近的日食之后，另一个历史性的自然事件即将发生。从 2024 年 4 月下旬到 2024 年 6 月，最大的 13 年生蝉“XIX 巢”将与中西部 17 年生蝉“XIII 巢”共同出现。

本次活动将 影响17个州, 从马里兰州向西到爱荷华州，向南进入阿肯色州、阿拉巴马州和佐治亚州北部、卡罗来纳州、弗吉尼亚州和马里兰州。像这样两个具有不同生命周期的特定群体的共同出现 每 221 年才发生一次. 。这两个群体最后一次同时出现是在 1803 年，当时托马斯·杰斐逊 (Thomas Jefferson) 担任总统。

在大约四个星期的时间里，分散的树林和郊区将响起蝉独特的哨声、嗡嗡声和叽叽喳喳的交配叫声。交配后，每只雌性都会在铅笔大小的树枝上产下数百颗卵。然后成年蝉就会死亡。一旦卵孵化，新的蝉若虫就会从树上掉下来，钻回地下，再次开始这个循环。

世界各地大约有 3,000 至 5,000 种蝉，但美国东部的 13 年和 17 年周期蝉数量最多。其独特之处在于，幼体在地下的长期发育时间与同步、大规模的成体出现相结合。世界上还有两种已知的周期蝉，一种在印度东北部，一种在斐济，但它们的生命周期分别只有四年和八年。

周期性蝉给昆虫学家和公众提出了许多问题。蝉在地下13年或17年做什么？为什么它们的生命周期这么长？为什么它们是同步的？今年春天出现的两窝会相互作用吗？公民科学家如何帮助记录这一现象？气候变化是否影响了昆虫世界的这一奇迹？

我们 研究期刊蝉 了解有关的问题 生物多样性、生物地理学, 行为与生态学 – 生命的进化、自然历史和地理分布。13年和17年蝉的学名是“绝非偶然”。 魔法蝉, ，缩写为“magic cicada”。

古代来客

作为物种，周期蝉比它们栖息的森林还要古老。分子分析表明，大约400万年前，现在的祖先 魔法蝉 物种 分裂成两个血统. 。大约 150 万年后，其中一个谱系再次分裂。由此产生的三个谱系是现代周期性蝉物种组的基础， 德西姆号、卡西尼号 和 德库拉.

早期的美国殖民者在马萨诸塞州首次遇到周期性蝉。突然出现的这么多昆虫让他们想起了圣经中的蝗灾，蝗虫是蚱蜢的一种。这就是“蝗虫”这个名字在北美被错误地与蝉联系在一起的原因。

在 19 世纪，著名的昆虫学家，如 本杰明沃尔什, 简历。莱利 和 查尔斯·马拉特 研究出了周期性蝉的惊人生物学特性。他们发现，与蝗虫或其他蚱蜢不同，蝉不会咀嚼树叶、毁坏农作物或成群飞行。

相反，这些昆虫一生的大部分时间都在人们看不见的地方度过，在地下生长并在经历五个幼年阶段时以植物根部为食。它们的同步出现是可以预见的，北部有 17 年，南部和密西西比河谷有 13 年的规律。有多个地区性年级，称为“班级”。

这张地图上的每种颜色代表一窝 13 年或 17 年的蝉，由康涅狄格大学研究人员观察活跃的蝉群表示。Broods XIII（棕色）和 XIX（橙色）将于 2024 年推出。单击任意点即可查看它属于哪个巢穴。来源： 康涅狄格大学, ，经许可使用。

一致行动

的主要特点是 魔法蝉 生物学的特点是这些昆虫同时大量出现——高达 每英亩150万. 。这增加了他们完成地面关键任务的机会：寻找伴侣。

密集的出现还提供了科学家所说的“捕食者饱和”或“数量安全防御”。任何以蝉为食的捕食者，无论是狐狸、松鼠、蝙蝠还是鸟类，都会在吃掉该地区所有昆虫之前就吃饱了，留下许多幸存者。

虽然周期性蝉大多每 17 或 13 年按计划出现一次，但通常会有一小群提前或晚四年出现。早期出现的蝉可能是生长较快的个体，能够获得丰富的食物，而落后的个体可能是靠较少的食物生存的个体。

如果生长条件随着时间的推移而变化，就像现在气候变暖所发生的那样，那么有能力进行这种生命周期转换，并在有利时期提前四年或在困难时期推迟四年就变得很重要。如果突然的温暖或寒冷阶段导致大量蝉在四年内无法按时出现，那么这些昆虫就会出现足够的数量来满足捕食者并转移到新的时间表。

气候变化会改变吗 魔法蝉 钟表？

随着冰川从现在的美国地区退缩大约一万到两万年前，周期性的蝉遍布东部森林。不同地点的临时生命周期转换形成了复杂的群体马赛克。

如今，东北部的落叶林里有 12 窝 17 年周期蝉，那里的树木在冬天落叶。这些组按顺序编号并像一个巨大的拼图游戏一样组合在一起。在东南部和密西西比河流域有三窝十三年蝉。

由于周期性蝉对气候敏感，它们的巢穴和物种的模式反映了气候变化。例如，我们工作中的遗传和其他数据表明，13 年的物种 新特雷德奇姆, ，发现于密西西比河谷上游， 形成于大约20万年前的上一个间冰期.

随着环境变暖，该地区17年的蝉在地下13年之后，一代又一代地陆续出现。最终，他们 永久转向13年周期.

但目前尚不清楚蝉是否能够像人类改变环境一样继续进化。尽管周期性蝉更喜欢森林边缘并在郊区繁衍生息，但它们无法生存 砍伐森林 或在没有树木的地区成功繁殖。

事实上，有些种群已经灭绝了。19世纪末，一只Brood (XXI)从佛罗里达州北部和佐治亚州消失。另一个 (XI) 县自 1954 年左右以来已在康涅狄格州东北部灭绝，而第三个县 (VII) 位于纽约州北部，自 1800 年代中期首次绘制地图以来，县数量已从 8 个县缩减为 1 个县。

气候变化也可能产生更深远的影响。正如美国气候变暖，更长的生长季节可能会提供更多的食物供应。这最终可能会让更多的 17 年蝉变成 13 年蝉，就像过去的变暖一样 改变的 新特雷德奇姆.

早期出现于2017年的辛辛那提和巴尔的摩-华盛顿都市区，以及1969年、2003年和2020年的芝加哥都市区，并且连续几代都有更多的个体参与其中。我们假设这是由于气候变暖造成的。

2024 年，17 年的“巢 XIII”将在地理上与 13 年的“巢 XIX”相邻。然而，与最近的一些媒体报道相反，它们不会重叠。我们之所以知道这一点，是因为我们在前几代中分别出现时就绘制了它们的地图。在相邻区域，我们无法区分这两群。它们在外观、歌曲和基因方面都相同。

研究人员需要详细的高质量信息来跟踪蝉随时间的分布。公民科学家是这项工作的关键，因为周期性蝉种群数量如此之大，而且它们的成虫羽化期仅持续几周。

想要帮助记录 2024 年的志愿者可以下载 Cicada Safari 手机应用程序, ，提供快照并实时在线关注我们的研究，网址为 www.cicadas.uconn.edu. 。如果蝉出现在您所在的地区，您将很难忽视它们，那么为什么不学会欣赏它们并享受它们的乐趣呢？

这是一个更新版本 一篇文章 最初发布于 2021 年 3 月 12 日。