北美洲蟬的輪回愛情故事

佚　名

蟬是一種常見的昆蟲，幼蟲蟄伏于地下三五年后，鉆出地表羽化交配。但在美國東部地區卻生活著一種不尋常的蟬。每隔17年它們以數十億的數量浪潮般席卷大地，舉行一種盛大的“集體婚禮”，但悲壯的“葬禮”便緊隨其后。這種蟬是世界上最長壽的昆蟲，而17年的輪回周期更是精確無比。

在發現這個神奇的生命現象后，美國乃至世界各國的生物學家們都對這種蟬產生了濃厚的興趣，并按照其生存周期為它們起了一個直觀的名字——十七年蟬。然而，十七年蟬的生活習性一直困擾著科學家們：為什么它們要在黑暗的地下蟄伏17年?為什么它們會同時冒出地面?這些飛行緩慢、沒有任何御敵能力的蟬究竟是怎么躲避天敵的?直到2007年12月，以德國昆蟲學家斯坦伯格為首的科研小組終于向世人揭示了十七年蟬的生存奧秘……

漫長的地下生活十七年一見天日

1633年5月26日，來自歐洲的殖民者經歷了一場沒有硝煙的恐慌。在如今美國愛荷華州東部和伊利諾伊州北部，數十億只蟬一夜之間從地下冒了出來，集體鳴奏、交歡、產卵，然后死亡。那猶如汽輪轟鳴般的噪音讓人膽戰心驚。四個星期過后，鳴叫聲戛然而止，這些蟬全部死亡。就在人們幾乎將它們淡忘的時候，17年后，歷史重演了。又有數十億只蟬從地下冒出來，淹沒了美國東部地區的森林和草地，其情景竟與17年前如出一轍，那震耳欲聾的“歌聲”似乎在提醒著人們，不要將它們遺忘……

就這樣，美國東部地區每隔17年，便迎來一次蟬的盛會。直到2007年5月，第22代蟬在人們的視線下鉆出了地面。

十七年蟬的蟬蛹遍布在美國東部地區的每一片土壤里。即使是城市中心花壇的大樹下都有可能藏著成千上萬只蟬蛹。為了排除人類對蟬的生活干擾，精確了解蟬蛹的地下生活。斯坦伯格科研小組選擇對芝加哥動物園自然保護區森林的蟬蛹進行研究。

他們首先劃出了一塊約半公頃的土地，每隔10米挖一個約30英寸深的洞，在里面安置了溫度和濕度探測儀，然后原封不動地將一立方米的土壤、植被連同蟬蛹搬回了實驗室進行觀察。為了還原蟬蛹真實的生活環境，他們還用人工手段模擬了室外的環境；風速、濕度、溫度、雨水，以及日照。三年來，實驗室里的蟬蛹們與自然界的蟬蛹同步成長發育著。

十七年蟬是世界上生命周期最長的昆蟲，它們在地下的生長發育十分緩慢，幾乎以半冬眠的方式生活著。直到離破土而出還有大約一年的時候，蟬才發育完整，活動也逐漸頻繁起來。蟬蛹除了吸食植物根莖的汁液外，它們整天忙忙碌碌，不斷地用胸部的刺針向上挖掘，再用口器中分泌出的黏液將挖下來的泥土粘在洞穴的墻壁上。慢慢地，蟬蛹的洞穴就形成一個收了口的袋子，底部寬敞，墻壁堅實。2007年4月，隨著土壤溫度的上升，蟬蛹時不時地爬到洞穴的頂端，用觸須不斷地探測著上面的土層。而此時，根據儀器顯示，土層的溫度已經接近10攝氏度了。4月19日，春末的一場細雨突然而至，似乎感覺到雨的來臨，蟬蛹迅速地滑回洞穴底部，小心地躲藏起來。

短暫的愛情盛典蟬海戰術大獲全勝

5月，芝加哥郊外氣候變得干燥炎熱起來。四位昆蟲學家每天晚上輪流值班，對森林的土壤變化進行更加仔細的觀察。

5月23日的夜晚，斯坦伯格帶著愛犬在樹林里來回逡巡，采錄著地下儀器的數據，這時，儀器顯示土壤內層的溫度均勻地到達了18攝氏度。他的愛犬忽然對著地面狂吠起來，斯坦伯格急忙蹲下，撥開松軟干燥的浮土，只見在手掌大小的地面上。竟然有十來只蟬蛹正用纖細的前腿快速地擊打掩蓋在洞穴上面的土壤，掙扎著向地表爬了出來。斯坦伯格連忙用鐵鏟將放置儀器的洞挖開，在探照燈下，他驚訝地發現，這里層層疊疊地隱藏著數百只蟬蛹。比較靠近地表的已經掙扎著破土而出，而下層的蟬蛹也正緩慢地順著洞穴向地表爬來。他站起身環顧四周，發現地面像沙丘般微微動了起來，窸窸窣窣的響聲在耳邊漸漸地響起，聲音越來越大。激動萬分的斯坦伯格牽著狗跑回營地，而另外三位昆蟲學家已經被“交響樂”吵醒。他們舉起手歡呼起來：“天啊!十七年蟬回來了!”克里斯西門早已準備好紅外線攝像機拍下了十七年蟬集體破土而出的珍貴一刻。

接下來的觀測讓斯坦伯格他們震驚極了。黎明到來前的幾個小時，無數只蟬蛹源源不斷地從地下鉆出來，這景象簡直讓人覺得地球都被掏空了。一出地表，蟬蛹就爭相爬上樹干或者草稈。一旦找到合適的位置就一動不動地釘在那兒。不一會兒，在激素的作用下，蟬蛹的背部裂開了，白色的成蟲艱難地在裂縫里掙扎，頭先鉆了出來，之后是吸管和前肢，然后它用力弓起背，將后肢和折疊著的大翅膀拽了出來。遺留下一個黑色半透明的空殼。經過一個多小時的痛苦折磨，蟬終于羽化了!

斯坦伯格還觀察到了有趣的現象：有的蟬會發揚“互助友愛”的精神，用纖細的腿牢牢箍住別的蟬，幫助別的蟬從殼里順利爬出來。大約5個小時過后，絕大多數蟬都完成了羽化，而那些沒有完成羽化的蟬，不幸卡在殼里死去了。蟬身體的顏色在翅膀不斷張合的嘗試中漸漸變深，到上午八九時的時候，大部分蟬已經完成了從幼蟲到成蟲的轉變。

斯坦伯格捉住一只蟬，發現這種蟬體型較大，足有1.5英寸長，背部呈黑褐色，而腹部有五道罕見的橙色條紋。寬闊的蟬翼薄紗般透明，上面雕刻著金色的脈絡。最獨特的是，每只蟬都長著紅色的眼睛，看上去十分兇悍。

事實上，十七年蟬飛行緩慢，既沒有毒刺也沒有鋒利的口器，不光毫無攻擊性，甚至連御敵的能力也沒有。它們一出現，森林里的小動物就興奮起來了：這是17年才能一遇的饕餮大餐。鳥、松鼠、青蛙、蛇、野貓、老鼠，甚至螞蟻在蟬的海洋里不費吹灰之力就能吃得肚子滾圓。一會兒工夫，地上到處可見蟬的斷翼和尸體。斯坦伯格不由地為這些剛剛見到陽光就被殺死的蟬感到惋惜，但十七年蟬依然潮水般向大樹的枝頭涌去，尋找最好的位置，為將要到來的愛情盛典做著準備。這些飛行緩慢且沒有任何御敵工具的蟬，用龐大的種群數量戰勝了死亡。

斯坦伯格科研小組推測，平均每公頃土地約鉆出來了100萬只蟬。在整個伊利諾伊州，以及東愛荷華州、南維斯康星州，延伸到印第安納州和密歇根州，總共約有十億只蟬在一夜之間破土而出。但這讓人瞠目結舌的數字還不算什么，當午后十億只蟬舉行“集體婚禮”的時候，人們真正的恐慌開始了。

下午1時左右，陽光炙烤著森林，原本靜謐的森林傳出了雄蟬第一聲求偶的鳴叫。頃刻間，蟬鳴聲此起彼伏，聲音越來越大，“集體婚禮”正式開始了。斯坦伯格科研小組的專家組們取出早已準備好的耳塞戴好，盡管如此，這鳴叫聲仍然讓人們發麻。雄蟬的腹部是中空的，它們用位于腹部第一節的肌膜在諧振腔內高頻震動，每只雄蟬都可以發出80分貝～100分貝的鳴叫聲。而幾億只蟬發出的鳴叫聲，使整個美國東部像被一個巨大的割草機反復軋過。

盛大的“婚禮”大約持續了四周，斯坦伯格發現雄蟬不會為了爭奪雌蟬而相互斗爭，它們表現得彬彬有禮。展現雄性魅力的惟一途徑似乎就是更加賣力地鳴叫。雌蟬遇到中意的追求者，馬上就會震動透明的翅膀回應，在用觸角簡單地打個招呼后，它們立即就開始交配了。幾秒鐘后交配就完成了，雄蟬頭也不回地再去尋找下一個配偶。大約在成功交配三四次后，雄蟬精力耗盡，從樹枝上墜落在地上死去了。而雌蟬在交配后馬上開始尋找纖細的樹枝，用胸口的一排刺劃開樹枝的表皮，將卵產進去。經過仔細觀察，斯坦伯格發現每只雌蟬都可以產下大約600枚卵，在歷經半小時的生育后，雌蟬終于完成生育使命，仿佛耗盡了力氣，從樹枝上跌落下來，也結束了生命。四周后，完成“婚禮”的蟬早已死去，而那些不幸沒有找到配偶的蟬也因不停地鳴叫體力消耗殆盡而死去了。森林漸漸歸于平靜，森林中遍地都是蟬的尸體。這悲壯的景象讓斯坦伯格感慨萬千：十七年蟬在黑暗的地下蟄伏了17年，換來的竟只是如此短暫的相愛時光!

那些藏在樹枝表皮里的蟬卵孵化后，靠汲取樹枝里的汁液維持生存。一個月后，跳蚤般大的蟬蛹從樹上自動掉落在地面上，在地上打出直徑約1厘米的小孔，鉆入地下抓住賴以生存的植物根莖，開始了新一輪的17年蟄伏……

在陪伴著十七年蟬走完陽光下的短暫一生后，斯坦伯格向生物學界宣布了他的研究成果：在土壤溫度達到18攝氏度的時候，十七年蟬就會一夜之間從地下鉆出來，用“蟬海戰術”戰勝了滅亡!然而，十七年蟬究竟為什么要在地下蟄伏17年，而不是3年、5年或者20年?這個問題仍然困擾著昆蟲學家們。

生命的質數現象“數學大師”令人稱奇

2007年8月，結束了對紐約州立大學的訪問，斯坦伯格教授帶著珍貴的十七年蟬標本回到德國。不久，他在海德堡大學舉辦了一場十七年蟬的標本展，這次展出吸引了歐洲各國的科學家，他們紛紛為十七年蟬奇特的生存現象感嘆。在展出中斯坦伯格結識了德國著名經濟學家、供職于馬克思普朗克學會分子生理學研究所的威北克·庫克勒博士。今年46歲的庫克勒博士是世界昆蟲協會的會員，她對十七年蟬十分著迷，但同樣不明白十七年對于這種蟬究竟有什么意義。

一次查閱年鑒。庫克勒博士偶爾翻到2002年：智利大學的物理學家埃里克·科爾斯和德國馬克斯普朗克學院的馬里奧·馬庫斯建立的“獵人一獵物”的數學模型?！皩?用數學的方法來解釋生物學現象!”這個大膽的想法冒出來時，她激動極了。

在經過數日的系統分析后，她胸有成竹地向斯坦伯格教授闡述了自己的觀點：在數字中，有一類數字除了被1和它本整除外，不能被其他數字整除，這類數字叫質數。一般動物的壽命在20年內，那么20以內的質數有如下幾個：2、3、5、7、11、13、17、19。運用這個“獵人——獵物”的數學模型，人們可將蟬比作“獵物”，將其天敵比作“獵人”，假設蟬的生命周期是12年，那么很不幸，它們將碰到那些生命周期為1年、2年、3年、4年、6年、12年的天敵，當它們鉆出地面的時候，就會有無數張嘴巴將它們吃個干凈。假設蟬的生命周期是17年，那么它將只遇到生命周期為1年和17年的天敵，這樣蟬就可以大量繁衍。在億萬年的生命演化和殘酷的優勝劣汰后，生命周期為質數的蟬存活了下來，氣候等因素使得十七年蟬在北美洲東部大量繁衍。

斯坦伯格教授感到這個數學模型有著重大的生物意義，他立即與庫克勒博士一起反復演算，并且通過逆向推理，即根據自然現狀回溯推算循環初期的狀況，也得出了質數生存周期優先出現的結論。結合現實，世界各地的蟬生命周期都是質數，十七年蟬在自然界中的確沒有天敵?？磥磉@應該是十七年蟬出現的理由。

然而，自然界中再聰明的生存策略都有可能被識破。在十七年蟬的進化過程中，有一種真菌發現了它們的秘密，這是十七年蟬惟一的寄生物。初期，這種真菌會感染蟬的幼體，但它并不會立即威脅到蟬的生命，而是悄悄地寄生在蟬的腹部，并伴隨蟬在地下度過17年的光陰，當重見天日的時候，這種真菌在光合作用下迅速發展起來，不需三天的工夫，真菌掏空蟬內臟的同時，填充了蟬的腹部，在陽光的暴曬下，蟬的腹部斷裂，白色的真菌顯露出來，同時將成熟的孢子散播到空氣中去，繼續下一輪的感染。

不過，為了躲避這種可怕的寄生物。北美洲的蟬有著自己的策略：近百年來，美國東南部地區出現了一種新的蟬種，它的生存周期不是17年，而是另一個質數“13年”。這種新的蟬種被命名為“十三年蟬”。十三年蟬的出現不但印證了科學家們的“生命質數現象”的推測是正確的，而且它們以調整生存周期來規避天敵的策略更讓人嘆服于它們的生存智慧。

2007年12月，斯坦伯格教授將研究成果發表在《國家地理》上，并接受了英國BBC電視臺的邀請，參與拍攝了十七年蟬的專題紀錄片。他在采訪中說：“十七年蟬會用質數作生命周期，用蟬海戰術來戰勝滅亡，更甘于地下17年的黑暗和寂寞。它們是世界上最偉大的‘數學家和‘戰略家!”十七年蟬將于2024年再次造訪美國，那時，相信將有更多的人樂于觀察和認同這種偉大的自然現象。