隨著「Brood X」的出現，蟬的研究開始升溫。 2021年也不例外

這是歷史上最奇怪的巧合之一，全球大流行的第二個夏天，約翰霍普金斯大學的生物學家伊森艾倫安德魯斯(Ethan Allen Andrews) 來到巴爾的摩的草坪上，觀看了大規模的Brood X 蟬交配狂潮。 那是1919年，一場大流感仍在全球蔓延。

2021 年，在另一場大流行的第二個夏天，有許多令人心碎的相似之處，Brood X 蟬再次讓美國東部的人們驚奇地來到他們的草坪上，或者躲避迷你彈丸和高分貝的噪音。

每17年一次，大眼睛的Brood X魔法蟬蟲子像手指一樣肥大，毫無防禦能力，就像數以百萬計的小熊軟糖一樣從地裡摸索著走出來。 它們彷彿受到了神秘的召喚，朝著不同的樹木前進，然後成群結隊地在草坪上聚集並攀爬。 「令人驚訝，」安德魯斯稱一棵大樹附近的景色。 那是在這些暴徒形成成年飛行形態之前，經過 17 年的無性繁殖，雄性終於為雌性合唱了。

“鍋爐鑄造廠的喧鬧聲幾乎震碎了耳膜，”巴爾的摩太陽報1919 年 5 月 30 日，安德魯斯驚呼道。 三年來，他一直在挖試洞來檢查地下成熟的幼蟬。 當他們最終爬入白天時，他進行了採樣和計算。 「一英畝這樣的郊區土地上出現的總數接近十萬，」他估計。

六窩蟬 X 蟬的一生之後（102 年），最新一批又大又傻的蟲子如期爬上地面，分散在 15 個州。 儘管 COVID-19 大流行仍在繼續，研究人員還是來到了田野或草坪。

現在都在一起了

魔法蟬物種過著高度協調的「週期性」生活。 要被認為是週期性的，整個地理族群（稱為群體）必須經歷多年的生命週期，同步發生重大事件。 北美的周期性蟬每 13 年或 17 年出現一次，具體情況取決於地點，僅在生命的最後一個月左右交配。 想像一下，整個城市的人類在幾週內就達到了生命中的一些重大里程碑——出生、生孩子，然後死亡。

康乃狄克大學斯托斯分校的生物學家克里斯·西蒙說，週期性的生命週期很罕見，但並非獨一無二。 在大約一百萬種已命名的昆蟲物種中，她知道其中有 50 多種具有週期性生命——這並不是一個壓倒性的數字。 三十八種飛蛾和蝴蝶就這樣生活著。 至少有四種甲蟲，甚至一隻蒼蠅也是如此。

在估計的 3,000 種蟬中，只有少數種類如此緊密地生活在一起。 對各種北美蟬來說，只有魔法蟬物種同步。 X 巢可能會得到很多宣傳，但還有其他 14 個巢，除了一個之外，所有巢都混合了多個物種。

Brood X 混合了三個物種，西蒙敏銳的耳朵可以通過雄性的交配叫聲來識別它們：憤怒的花栗鼠的叫聲七葉花,卡西尼號隨著它的滴答聲最終變成刺耳的尖叫聲M.十七，以其呼嘯的太空船無人機而聞名。 女性只需點擊即可。

「我們曾經認為只有北美才有週期性蟬，」西蒙說。 且週期都是奇數。 然而，「我們」指的是西方科學家。 印度的一小片土地上有「世界盃」蟬（里波氏蜉蝣），與足球比賽同樣以四年為一個週期。 在斐濟的蟬中，金黑蟬（諾氏瑞阿泰納）每八年在主島上爆發一次。 它取代了這個南太平洋國家100美元紙幣上的伊莉莎白女王。

當生活給你蟬時

今年，當西蒙南下北卡羅來納州和喬治亞州進行密集的Brood X測繪時，她在華盛頓特區購買了Brewed X咖啡。實例。 她可以引用 1987 年報紙上的一篇報道，報道兩名男子在辛辛那提大滿貫餐廳涉嫌搶劫中“揮舞”蟬，她還有一張 2011 年密蘇裡州哥倫比亞深受喜愛的 Sparky's 冰淇淋店櫥窗的照片。店裡的蟬冰淇淋已經賣完了，所以工作人員貼了一張紙條：“2024年再來看看。”

今年，西蒙和長期同事回顧了她的旅行和全球研究更新了想法綜合如何魔法蟬物種進化出三個主要譜系，這些譜系在大約 390 萬年前從共同祖先中分化出來。 研究人員於 10 月 8 日在《期刊》雜誌上線上寫道，週期性生活方式也隨之演變。昆蟲學年度評論。

導致週期性的因素之一是西蒙所說的「掠食者的魯莽行為」。魔法蟬成年人很大而且很容易被抓住。 他們只是半心半意地試圖逃避掠食者。 儘管鳥類、松鼠和許多其他動物都吃著簡單的食物，但足夠大的蟬爆發可以餵養所有的威脅，並且仍然留下足夠的倖存者來繁殖。 當來自整個鄉村的年輕人每 17 年一起破土而出時，要實現如此令人難以置信的富裕就更容易了。

這種協調可以適應營養匱乏的飲食和緩慢的生長。 發展魔法蟬孩子們從樹根處獲取食物，卻忽略了從葉子向下攜帶糖分的高熱量液體。 相反，年輕的蟬將它們的口器推入上吸式木質部，木質部攜帶著來自根部的大約 99.9% 的水分，以及少量的營養物質。

以這種方式餵食是一項艱苦的工作。 即使要喝這麼淡的肉湯，也意味著要與植物強大的向上吸力作鬥爭。 為了完成工作，蟬，像其他木質部專家一樣（SN：21 年 8 月 14 日，第 14 頁 14），在他們的頭上種植專門的動力泵。

張開翅膀

蟬的魯莽加上數量驚人，為布萊克斯堡維吉尼亞理工大學的生物力學家瑪麗·薩爾塞多帶來了研究財富。 她研究了新成年昆蟲如何從早期壓扁的組織墊中快速展開巨大的翅膀。 速度很重要，因為無法飛行意味著無法防禦。

蟬只需大約 45 分鐘即可展開翅膀。 在研究了實驗室蝗蟲和蚱蜢的翅膀後，她熱情地轉向魔法蟬：“成千上萬的昆蟲我不需要飼養或照顧！”

在今年第一批 Brood X 推出之前，Salcedo 在華盛頓特區郊外的 Airbnb 上為來自弗吉尼亞理工大學生物力學家 Jake Socha 實驗室的 10 名（已完全接種疫苗的）人員預訂了租賃房。 2020 年，大流行導致 Socha 的實驗室關閉，因此這次旅行幫助了博士。 學生約書亞·普利亞姆（Joshua Pulliam）就是其中之一，他突然轉向研究蟬的運動。 他正在尋找一種將昆蟲攀爬納入他的博士學位的方法。 計畫研究蛇的滑行能力他們快要飛起來了（SN：2020 年 8 月 1 日，第 14 頁 16）。

薩爾塞多長期以來一直想知道昆蟲如何能夠如此快速地獲得巨大的翅膀以準備飛行。 「我發現，大多數人，甚至一些昆蟲學家，都認為昆蟲的翅膀就像你的頭髮，」她說。 “但它……更像是你的手臂。”

昆蟲翅膀不僅是惰性物質，還具有與神經、氣道和昆蟲「血液」或血淋巴相連的網絡。 薩爾塞多說，這個複雜的系統需要大量的循環能力，包括額外的心臟，他正在與同事一起研究蟬翼論文。 蟬有一顆中央心臟，還有更多的翅膀。

薩爾塞多說，與蝗蟲和蚱蜢的翅膀呈兩步展開不同，週期性蟬將翅膀同時張開，就像「拔劍出鞘」。 她透過 Zoom 分享了她在最近的一次旅行中捕獲並拍攝的蟬 X 首次展開翅膀的照片。 起始形狀看起來像是帶有黃色波浪線的白色小帆。 隨著這些曲線的擴展，翅膀張開得更寬更長，逐漸變得栩栩如生。

精神控制

森林病理學家馬特卡森 (Matt Kasson) 和他的學生也在 2021 年去捕蟬，但並不是任何 Brood X 貉貉都可以。 該小組以摩根敦的西弗吉尼亞大學為基地，在謝南多厄山谷和附近山區尋找感染真菌的蟬，這種真菌使蟬不育，但會增強它們的性慾，通過交配接觸最大限度地傳播真菌。

卡森說：“蟬在四處走動，其腹部背面基本上有一層白堊色的（真菌）軟糖。” 這些團孢屬真菌驅使雄性模仿雌性調情的咔噠聲，吸引其他雄性。 被騙的雄性最終會被騙，並叮叮噹噹地走開，但它們卻把傳染性真菌帶走了。

五年前，學生安吉·馬西亞斯和馬特·伯傑提出了研究這些真菌的想法。 沒有辦法成長團孢屬在實驗室中，但真菌會攻擊週期性和非週期性蟬物種。 該團隊的第一個項目使用來自美國西部的非週期性蟬來探索化學物質可以讓真菌激發昆蟲的性行為。

「二月的一個雪夜，我凌晨 2 點接到一個電話，」卡森回憶道。 這是研究生格雷格·博伊斯寄來的。 他在一家生物技術公司有一份日常工作，讓他可以在下班後免費使用非常昂貴的儀器來識別生物體代謝時產生的物質。 因此，在漆黑的夜裡，博伊斯問他的顧問：“你知道裸蓋菇素是什麼嗎？”

博伊斯發現一種神奇蘑菇中的傳奇成分自然出現在團孢屬攻擊翼蟬（普氏瘧原蟲）來自新墨西哥州。

到了白天，“我們就像，天哪！” 卡森說。 這尤其令人驚訝，因為迷幻蘑菇離我們很遠很遠。團孢屬進化史上的真菌。 蟬攻擊者屬於完全不同的門，在真菌生命樹上「低得多」。 卡森認為同一種化合物一定已經進化了兩次，也許相隔幾億年。

“我們有一群同事關注此事，每個人都瘋了。” 最大的問題是，期刊蟬的版本是否團孢屬還有裸蓋菇素嗎？

答案是不行。 事實證明，促使週期性蟬過度性調情的是另一種興奮劑：一種稱為卡西酮的安非他明。 同樣的成分也為阿拉伯茶植物帶來了刺激，阿拉伯茶在中東地區很受歡迎，與真菌完全無關。

最後卡森意識到，他收集的蟬無意中讓他的大學實驗室充滿了他沒有許可證的受管制物質。 「我給緝毒局寫了一生中最尷尬的信，」他說。

最終，實驗室與緝毒局進行了交涉。 現在，促進昆蟲交配的藥物已成為蟬觀察者下次在草坪上爬行時可以思考的又一科學知識。