撰文 | 河边的卡西莫多
一千多年前，南宋著名词人辛弃疾在乡村居住之时，田园生活的美好让他十分欣喜，因此写出了一首著名的《西江月·夜行黄沙道中》（初中必学古诗词），其中第一句是：
明月别枝惊鹊，清风半夜鸣蝉。
远处虽有蝉声，但偶尔的鸣叫却更让人悠然神往。但假如他“穿越”到这个夏天的美国东海岸，那估计感受到的就不会再是悠闲，而是片刻不得安宁的呱噪了。
周期蝉博物插画，这是由美国博物画家罗伯特-E-斯诺德格拉斯（Robert E. Snodgrass）在1930年绘制 （图片 来 源 ：si.edu ）
根据预测，在今夏的美国东部地区，大约会有1万亿只蝉成虫羽化。为什么会出现这么多蝉呢？这就是北美洲特有的周期蝉现象。
蝉是昆虫家族蝉科动物的统称， 全球大约有3000多种，而周期蝉可能是其中 最为特别的一类了。
常见的几种蝉。蝉在我国也很常见，各地有着很多不同的俗名，比如知了、知了猴、爬杈、嘟了龟儿…… （图片 来 源 ：wiki media.org ）
作为成虫的蝉，寿命非常短。在4-6周的时间里，它需要与时间赛跑，不仅要躲避天敌 和避免成为烤蝉蛹，完成觅偶、交配、产卵等一系列活动。当秋天来临，它的生命也将走到尽头。
但蝉的前半生，却意外的漫长。从卵到若虫的阶段，蝉都是在地下生活，它会在黑暗中生活几年甚至十几年时间才破土而出。而周期蝉（Periodical Cicida），正是其中生活周期最长的物种，甚至还是世界上寿命最长的昆虫之一。
目前全球已知的周期蝉共有9种，其中7种生活在北美洲，均属于周期蝉属（Magicicada）物种，分为13年蝉和17年蝉，也就是它们会分别在地下蛰伏13年和17年之后才冒出地面。
相比每年都出现的蝉，周期蝉的体型较小，大多数是黑色的，有着明亮的红色眼睛和橙色的翅膀和腿。在漫长的“童年期”，它们以吸食树根的汁液为生。而一旦到了该孵化的年份，当气温上升到20℃左右时，它们就会像接受到神秘的指令一般，在极短的时间内一起钻出地面。
点击空白处查看周期蝉蜕皮过程 （图片 来 源 ：wikimedia.org ）
常年风平浪静，突然在某一年大量的蝉瞬间涌出。 这种戏剧性的场面，让几百年前踏上美洲的殖民者们惊讶不已，也让周期蝉有了“魔蝉”的称号。 更为神奇的是，13和17这两个周期数字又是质数，就似乎周期蝉学会了数学，懂得用质数减少被天敌吃掉的可能，提高生存率。
由于13和17最小的公倍数是221，所以很多报道都会以“221年一遇的奇观，上一次二者相遇还是我国清朝嘉庆年间”来报道今年的情况。那么，周期蝉真的有那么神奇吗，两种周期蝉的相遇也真的需要等待221年如此之久吗？
周期蝉选择13和17年孵化，很有可能不是主动的选择，而是被动筛选后的结果。 根据目前科学界的主流观点： 周期蝉大约是在400万年前的末次冰川期出现的，由于当地温度还很低，所以尽量延长孵化的年份，有利于周期蝉的存活； 并且有很多寄生 虫以蝉为家，这些寄生虫的生命周期一般都是3-4年。
所以在漫长的时光中，很有可能出现过合数或者较短质数为周期的蝉，但在环境和天敌的侵袭下，这些种类最终都灭绝了，只有13和17年的周期蝉侥幸活了下来。
有一个证据可以佐证这样的猜想：虽然美洲的周期蝉是质数，但在大洋洲的斐济，生活着一种8年蝉；在印度的东北部还有一种“世界杯蝉”，因为它每四年出现一次。这说明，质数并不是周期蝉必备的特性，而更可能是一种自然筛选下的巧合。
“世界杯蝉”海报，这种蝉恰好每次出现的时间恰好都是举办足球世界杯的年份，当地甚至会举行足球赛来庆祝“世界杯蝉”的出现 （图片 来 源 ：thebridge.in ）
到目前为止，人类还没有在周期蝉的身上找到控制年份的基因。但有科学家曾经做过实验：让一株桃树在一年内开花两次，结果在它树下的周期蝉提前了一年钻出了的地面。所以周期蝉很有可能通过感知植物根部的季节性液体流动，从而激活体内的苏醒机制。
还有一种很流行的说法，那就是之所以分别是13年蝉和17年蝉，只有每221年二者才会同时出现，这样可以有效避免二者发生杂交或者产生竞争。
几百万年来，周期蝉都遵守着独特的时间周期 （图片 来 源 ：scientificamerican.com ）
但其实这种说法也不太站得住脚。不管是13年蝉还是21年蝉，都有很多不同的种群，它们孵化的年份也都各有区别。所以实际上每隔5、6年，两种周期蝉就会在同一年出现。
不过虽然时间上经常“撞车”，但空间上其实二者重合区域很有限。17年蝉的区域主要在五大湖附近，而13年蝉则更靠近大西洋沿岸和中部草原。虽然存在竞争和杂交的可能性，但概率并不高。
正因如此，科学家们也没有非常特意地关注今年蝉情，今年是轮到了17年（Brood XIII）和13年（Brood XIX）种群孵化，这两个种群相对分布较广，但同样重合区域有限，数量也没有非常夸张到“两百年一遇”。
今年孵化的两个周期蝉的种群分布图。其实在2022年，就已经有另外两种13年和17年蝉相遇了。只有特定两个不同生命周期的蝉群，二者才 是每221年共同出现一次 （ 图片 来 源 ： scientificamerican.com ）
周期蝉富含蛋白质，每当它出现，也意味着当地各种动物迎来了“盛宴”。当然，也并不是只有我们中国人才会享用蝉蛹，北美洲原住民其实也一直都把周期蝉当作食材。
而今天的美国人如何面对“大自然的馈赠”呢？答案是卷玉米饼、拌入意面，甚至做成沙拉。
面对周期蝉，美国人同样也有勇敢尝试的人，甚至当地还会有专门介绍如何烹制的菜谱 （ 图片 来 源 ： 网络 ）
那么，突然爆发的周期蝉会对当地环境有影响吗？影响肯定是会有的，起码几周不绝于耳的蝉鸣肯定影响当地人休息。还有科学家注意到周期蝉出现的前一年，树木生长会因为蝉取食汁液变得缓慢。但作为已经存在了百万年的现象，周期蝉对于环境的波及其实很有限，也不太会给当地人传播疾病。
反而是由于人类的活动和全球气候异常，周期蝉自身的生活规律经常会被干扰，人们也目击过很多次周期蝉提前孵化的情况。如果气候再继续升高，对周期蝉来说可能就是毁灭性的打击。
希望几百年后的人类，也一样可以享受“蝉噪林逾静，鸟鸣山更幽”的美好夏天吧。
参考资料：
[1] UNIVERSITY OF CONNECTICUT. The 2024 Periodical Cicada Emergence.https://cicadas.uconn.edu/
[2] Maxine Shoemaker Heath (1978). Genera of American cicadas north of Mexico (PDF) (PhD thesis). University of Florida. doi:10.5962/bhl.title.42291.
[3] “Magicicada species”. National Geographic Society. Archived from the original on February 26， 2017.
[4] Davis， J.J. (May 1953). “Pehr Kalm’s Description of the Periodical Cicada， Magicicada septendecim L.， from Kongl. Svenska Vetenskap Academiens Handlinger， 17:101-116， 1756， translated by Larson， Esther Louise (Mrs. K.E. Doak)” (PDF). The Ohio Journal of Science. 53: 141. hdl:1811/4028. Archived (PDF) from the original on May 29， 2019. Republished by “Knowledge Bank”. The Ohio State University Libraries and Office of the Chief Information Officer. Archived from the original on January 26， 2021.
[5] 菲力."周期蝉"之谜[J].看世界， 2020(14):3.DOI:CNKI:SUN:KSJK.0.2020-14-021.
[6] 王健，嵇冉.数解"懂数学"的"魔法蝉"[J].中国统计， 2018， 33(3):56-58.
[7] 凯特·王，罗心宇翻译.周期蝉:17年一次的生命奇观[J].环球科学， 2021， 000(015):P.60-65.
[8] 潘治.蝉:生命的"质数现象"[J].大科技(科学之迷)， 2002， 07(No.58):50-50.DOI:CNKI:SUN:DAKJ.0.2002-07-020.
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