科學人新聞

17年之癢

2004/07/13 波利奇(Tabitha M. Powledge)
這種布魯德X蟬,在地底生活了17年,為蟬的行為提供一些線索。

重點提要

這種布魯德X蟬,在地底生活了17年,為蟬的行為提供一些線索。
從5月底至6月,花了17年以若蟲型態吸食樹根汁液為食的週期蟬(periodical cicada)──布魯德X蟬(Brood X),將從地底爬出羽化。數億隻這種巨大、笨拙、有著紅色眼睛的昆蟲,在掘土出地、脫殼、羽化為成蟲後,便開始唱著他們刺耳的情歌。從上次1987年出現,布魯德X蟬將再度成為鳥類的短暫盛宴,同時也是研究人員難得的機會。雖然許多為此著迷的自然學家已經在過去四個世紀以來,就為記錄了這些週期蟬,但對於它們的週期性以及同步出現的觸發機制,所知仍然有限。


雖然研究人員對布魯德X蟬的確實數目仍有爭議,但它們可能是在約15種週期蟬中,數量最多也研究得最深入的。美國東部的大平原附近每年春天布魯德X蟬都會大量出現,全球目前約有3000種的蟬已經鑑定出來,但是能了解它們生活史的也不過十幾種。雖然美國原住民也許早已知道這種生物,但是美東殖民州普利茅斯(Plymouth)的州長布雷福德(William Bradford)才在首次1633年首次描述了這種週期蟬的現象,其後不到100年,這種17年的生活史實就完全確認;自然學家也在19世紀中期,確立了另一群生活史為13年週期的蟬。


從100多年來,數學家及生物學家就試圖解釋,為什麼這些蟬會演化成質數年的生活史?其中一個推測是如果13年及17年蟬要同時大量羽化,每221年才會發生一次,不同的週期可以減低資源的競爭及種間的雜交。然而事實上,不同週期羽化的蟬分布相當零散,彼此之間也很少有地理上的重疊。同時,他們彼此的競爭也只會發生在地底下,漫長吸食樹根汁液的歲月。


另一個論點是這種質數年的生活史,使得週期蟬得以避開具有著偶數年較短生活史的天敵及寄生蟲。2001年在德國多特蒙得(Dortmund)的馬克士普朗克分子生理研究所(Max Planck Institute of Molecular Physiology)的研究人員指出,質數年生活史的成因應來自於「捕食者-獵物」關係的數學模式。


然而,許多蟬研究學者仍然懷疑這樣的解釋。康乃狄格大學的演化生物學家賽門(Chris M. Simon)指出這個理論尚未被證實,因為根本沒有辦法求證。她的同事馬歇爾(David C. Marshall)更指出,真正擁有週期生活史的蟬是很少的,大部分的蟬每年都會有不同的群體分別羽化。他說:「如果為了避開同步發生的寄生物種,而使得蟬演化出越來越長的生活史的話,那麼為什麼這種模式不會發生在無數面臨天敵威脅及寄生蟲害的其餘年蟬上?更遑論其他不同的昆蟲及動物了!」


越來越多好奇的的生物學像賽門一樣加入探索這種週期蟬的行列。由於每年春天都會有不同週期的蟬羽化,康乃狄格大學的研究小組將開始描繪這些週期蟬分布位置,收集成蟲進行遺傳分析,並進行有關繁殖行為的小型實驗。賽門表示,今年將會有研究者自肯塔基州及喬治亞州蒐集布魯德 X蟬(17年週期蟬)、布魯德 XIX蟬及布魯德 XXIII蟬(這兩種都是13年週期蟬)的樣本,以檢查它們的DNA,找尋過去是否有雜交的證據。


此外,科學家也開始想知道一些發育異常的現象:週期蟬有時會增加或減少一個長為4年的齡期(instar)。約瑟山學院(College of Mount St. Joseph)的昆蟲學家克利茲基(Gene Kritsky)曾指出布魯德XIV蟬(另一種17年蟬,將應於2008年大量羽化)的發育加速現象。他將會研究布魯德 XIV蟬是否會提早四年,在今年與Brood X蟬共同羽化。克利茲基於2000年曾發現一些應該在今年羽化的Brood X蟬。他希望能觀察到這些在2000年孵化的蟬卵,能依照它們原本的時間表,而在2017年羽化 。這樣一來可能就會產生了一批新的週期蟬 ,而取代了原本應該在2021年出現的布魯德X蟬。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2004年第28期6月號】


# 關鍵字:科學人新聞生命科學
更多文章
活動推薦更多
追蹤科學人