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世界上寿命最长的昆虫:周期蝉

发布时间: 2016-11-18 13:32:08   作者:本站编辑   浏览次数:  
摘要:

 

周期蝉(拉丁学名Magicicada spp.),英文名periodical cicadas,隶属于昆虫纲半翅目蝉科,因其具有13年或17年的生命周期而得名,共包括7个物种,在美国中东部的大多数州都有分布(见下图)。在该类群的研究历史上,还习惯于使用brood(一窝或一组)这个词来区分在各地以各自周期同时出现的群体,这一研究传统始于美国昆虫学家Charles Lester Marlatt1863–1954,他所划分的broods到目前还有15个。7个物种与15broods之间的对应关系比较复杂,因为没有一个物种属于单一的brood,而每一个brood也都包含一个以上的物种,这也导致了brood这个词很难翻译。从大体同时出生这个角度说,brood带有同生群(cohort)的意思,但是由于包含一个以上的物种,又使得两者之间有关键区别。
 
Magicicada spp.的分布范围,如红框区域所示
 
周期蝉最让人感觉神秘的特点在于发育历期是所有现生昆虫中最长的,不过主要是在黑暗的地下度过,爬出地面后就会羽化、交配,随后雄虫死去,雌虫产卵之后不久也会死去,而1317这两数字又都是数学上的质数。最早意识到这些蝉可能具有周期性爆发特点的,是瑞典博物学家Pehr Kalm (17161779),通过文献中记载的发生于17151732年在宾夕法尼亚州的两次爆发,以及他本人于1749年在宾夕法尼亚亲眼目睹的一次爆发,他在自己的报告中表达了“17年周期”的存在。美国数学家Benjamin Banneker17311806)在马里兰州也观察到了1749年那一次,随后记录了1766年和1783年的两次,并成功预言了1800年的一次。如果他们观察到的是同一个brood并且保持17年的生命周期至今的话,那么可能对应于今天分布范围最广的brood X(至少16个州),该群上一次的出现时间是2004年,下一次的出现时间是2021年。
为什么这些昆虫会形成13年和17年这样的生命周期?早期的观点普遍认为这样可以有效地长期躲避天敌的捕食,而同时大量出现很多个体时可以远超捕食者的满负荷取食能力(称为捕食者饱和效应),被捕食者吃掉的比例完全不足以影响交配繁殖。不过最近10余年的研究逐渐揭示,这可能只是一个表象,真正的原因是更深层次的。在种群大小的增长方面,周期蝉的种群中个体数量的变动规律并不符合逻辑斯蒂曲线的增长模型(逻辑斯蒂模型中仅考虑了种群与环境之间的关系,没有考虑种群内个体间关系随种群大小的变动),而是存在阿利效应(群聚有利于种群的增长和存活,但过分稀疏和过分拥挤都可阻止生长,每种生物都有自己的最适密度)。研究表明,只有在阿利效应存在的情况下,17年与13年的生命周期长度才对于种群增长是有利的;而捕食者饱和效应只是若干可以导致阿利效应的因素之一。
注:不同brood的出现时间见http://www.magicicada.org/about/brood_pages/broods.php
本文编辑引自谢强科学网博客

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