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(qū)卻生活著一種不尋常的蟬。每隔17年它們以數(shù)十億的數(shù)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(fā)現(xiàn)這個(gè)神奇的生命現(xiàn)象后，美國乃至世界各國的生物學(xué)家們都對這種蟬產(chǎn)生了濃厚的興趣，并按照其生存周期為它們起了一個(gè)直觀的名字——十七年蟬。然而，十七年蟬的生活習(xí)性一直困擾著科學(xué)家們：為什么它們要在黑暗的地下蟄伏17年?為什么它們會(huì)同時(shí)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(xué)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(jīng)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(shù)十億只蟬一夜之間從地下冒了出來，集體鳴奏、交歡、產(chǎn)卵，然后死亡。那猶如汽輪轟鳴般的噪音讓人膽戰(zhàn)心驚。四個(gè)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(shí)候，17年后，歷史重演了。又有數(shù)十億只蟬從地下冒出來，淹沒了美國東部地區(qū)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(qū)每隔17年，便迎來一次蟬的盛會(huì)。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(qū)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(dòng)物園自然保護(hù)區(qū)森林的蟬蛹進(jìn)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(gè)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(dòng)地將一立方米的土壤、植被連同蟬蛹搬回了實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行觀察。為了還原蟬蛹真實(shí)的生活環(huán)境，他們還用人工手段模擬了室外的環(huán)境；風(fēng)速、濕度、溫度、雨水，以及日照。三年來，實(shí)驗(yàn)室里的蟬蛹們與自然界的蟬蛹同步成長發(fā)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(fā)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(shí)候，蟬才發(fā)育完整，活動(dòng)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(gè)收了口的袋子，底部寬敞，墻壁堅(jiān)實(shí)。2007年4月，隨著土壤溫度的上升，蟬蛹時(shí)不時(shí)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(shí)，根據(jù)儀器顯示，土層的溫度已經(jīng)接近10攝氏度了。4月19日，春末的一場細(xì)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(zhàn)術(shù)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(xué)家每天晚上輪流值班，對森林的土壤變化進(jìn)行更加仔細(xì)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(shù)據(jù)，這時(shí)，儀器顯示土壤內(nèi)層的溫度均勻地到達(dá)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(xì)的前腿快速地?fù)舸蜓谏w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(fā)現(xiàn)，這里層層疊疊地隱藏著數(shù)百只蟬蛹。比較靠近地表的已經(jīng)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(huán)顧四周，發(fā)現(xiàn)地面像沙丘般微微動(dòng)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(dòng)萬分的斯坦伯格牽著狗跑回營地，而另外三位昆蟲學(xué)家已經(jīng)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(zhǔn)備好紅外線攝像機(jī)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(gè)小時(shí)，無數(shù)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(dòng)不動(dòng)地釘在那兒。不一會(huì)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(gè)黑色半透明的空殼。經(jīng)過一個(gè)多小時(shí)的痛苦折磨，蟬終于羽化了!

斯坦伯格還觀察到了有趣的現(xiàn)象：有的蟬會(huì)發(fā)揚(yáng)“互助友愛”的精神，用纖細(xì)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(gè)小時(shí)過后，絕大多數(shù)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(shí)的時(shí)候，大部分蟬已經(jīng)完成了從幼蟲到成蟲的轉(zhuǎn)變。

斯坦伯格捉住一只蟬，發(fā)現(xiàn)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(luò)。最獨(dú)特的是，每只蟬都長著紅色的眼睛，看上去十分兇悍。

事實(shí)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(xiàn)，森林里的小動(dòng)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(fèi)吹灰之力就能吃得肚子滾圓。一會(huì)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(zhǔn)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(shù)量戰(zhàn)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(gè)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(jié)舌的數(shù)字還不算什么，當(dāng)午后十億只蟬舉行“集體婚禮”的時(shí)候，人們真正的恐慌開始了。

下午1時(shí)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?nèi)〕鲈缫褱?zhǔn)備好的耳塞戴好，盡管如此，這鳴叫聲仍然讓人們發(fā)麻。雄蟬的腹部是中空的，它們用位于腹部第一節(jié)的肌膜在諧振腔內(nèi)高頻震動(dòng)，每只雄蟬都可以發(fā)出80分貝～100分貝的鳴叫聲。而幾億只蟬發(fā)出的鳴叫聲，使整個(gè)美國東部像被一個(gè)巨大的割草機(jī)反復(fù)軋過。

盛大的“婚禮”大約持續(xù)了四周，斯坦伯格發(fā)現(xiàn)雄蟬不會(huì)為了爭奪雌蟬而相互斗爭，它們表現(xiàn)得彬彬有禮。展現(xiàn)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(huì)震動(dòng)透明的翅膀回應(yīng)，在用觸角簡單地打個(gè)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(gè)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(xì)的樹枝，用胸口的一排刺劃開樹枝的表皮，將卵產(chǎn)進(jìn)去。經(jīng)過仔細(xì)觀察，斯坦伯格發(fā)現(xiàn)每只雌蟬都可以產(chǎn)下大約600枚卵，在歷經(jīng)半小時(shí)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(jié)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(shí)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(gè)月后，跳蚤般大的蟬蛹從樹上自動(dòng)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(xué)界宣布了他的研究成果：在土壤溫度達(dá)到18攝氏度的時(shí)候，十七年蟬就會(huì)一夜之間從地下鉆出來，用“蟬海戰(zhàn)術(shù)”戰(zhàn)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(gè)問題仍然困擾著昆蟲學(xué)家們。

生命的質(zhì)數(shù)現(xiàn)象“數(shù)學(xué)大師”令人稱奇

2007年8月，結(jié)束了對紐約州立大學(xué)的訪問，斯坦伯格教授帶著珍貴的十七年蟬標(biāo)本回到德國。不久，他在海德堡大學(xué)舉辦了一場十七年蟬的標(biāo)本展，這次展出吸引了歐洲各國的科學(xué)家，他們紛紛為十七年蟬奇特的生存現(xiàn)象感嘆。在展出中斯坦伯格結(jié)識(shí)了德國著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家、供職于馬克思普朗克學(xué)會(huì)分子生理學(xué)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(xié)會(huì)的會(huì)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(xué)的物理學(xué)家埃里克·科爾斯和德國馬克斯普朗克學(xué)院的馬里奧·馬庫斯建立的“獵人一獵物”的數(shù)學(xué)模型?！皩?用數(shù)學(xué)的方法來解釋生物學(xué)現(xiàn)象!”這個(gè)大膽的想法冒出來時(shí)，她激動(dòng)極了。

在經(jīng)過數(shù)日的系統(tǒng)分析后，她胸有成竹地向斯坦伯格教授闡述了自己的觀點(diǎn)：在數(shù)字中，有一類數(shù)字除了被1和它本整除外，不能被其他數(shù)字整除，這類數(shù)字叫質(zhì)數(shù)。一般動(dòng)物的壽命在20年內(nèi)，那么20以內(nèi)的質(zhì)數(shù)有如下幾個(gè)：2、3、5、7、11、13、17、19。運(yùn)用這個(gè)“獵人——獵物”的數(shù)學(xué)模型，人們可將蟬比作“獵物”，將其天敵比作“獵人”，假設(shè)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(dāng)它們鉆出地面的時(shí)候，就會(huì)有無數(shù)張嘴巴將它們吃個(gè)干凈。假設(shè)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(yōu)勝劣汰后，生命周期為質(zhì)數(shù)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(gè)數(shù)學(xué)模型有著重大的生物意義，他立即與庫克勒博士一起反復(fù)演算，并且通過逆向推理，即根據(jù)自然現(xiàn)狀回溯推算循環(huán)初期的狀況，也得出了質(zhì)數(shù)生存周期優(yōu)先出現(xiàn)的結(jié)論。結(jié)合現(xiàn)實(shí)，世界各地的蟬生命周期都是質(zhì)數(shù)，十七年蟬在自然界中的確沒有天敵。看來這應(yīng)該是十七年蟬出現(xiàn)的理由。

然而，自然界中再聰明的生存策略都有可能被識(shí)破。在十七年蟬的進(jìn)化過程中，有一種真菌發(fā)現(xiàn)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(huì)感染蟬的幼體，但它并不會(huì)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(dāng)重見天日的時(shí)候，這種真菌在光合作用下迅速發(fā)展起來，不需三天的工夫，真菌掏空蟬內(nèi)臟的同時(shí)，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(shí)將成熟的孢子散播到空氣中去，繼續(xù)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(qū)出現(xiàn)了一種新的蟬種，它的生存周期不是17年，而是另一個(gè)質(zhì)數(shù)“13年”。這種新的蟬種被命名為“十三年蟬”。十三年蟬的出現(xiàn)不但印證了科學(xué)家們的“生命質(zhì)數(shù)現(xiàn)象”的推測是正確的，而且它們以調(diào)整生存周期來規(guī)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(fā)表在《國家地理》上，并接受了英國BBC電視臺(tái)的邀請，參與拍攝了十七年蟬的專題紀(jì)錄片。他在采訪中說：“十七年蟬會(huì)用質(zhì)數(shù)作生命周期，用蟬海戰(zhàn)術(shù)來戰(zhàn)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‘?dāng)?shù)學(xué)家和‘戰(zhàn)略家!”十七年蟬將于2024年再次造訪美國，那時(shí)，相信將有更多的人樂于觀察和認(rèn)同這種偉大的自然現(xiàn)象。