Zbliża się wielkie wydarzenie w świecie owadów. Począwszy od kwietnia lub maja, w zależności od szerokości geograficznej, jeden z największych lęgów 17-letnich cykad wyłoni się spod ziemi w kilkunastu stanach, od Nowego Jorku na zachód po Illinois i na południe do północnej Georgii . Ta grupa jest znana jako Brood X, jak rzymska cyfra 10.
Przez około cztery tygodnie na terenach zalesionych i podmiejskich rozbrzmiewać będą gwizdanie cykad i brzęczenie godowe. Po kryciu każda samica złoży setki jaj w gałęziach drzew wielkości ołówka.
Wtedy dorosłe cykady umrą. Gdy jaja się wykluwają, nowe nimfy cykady spadają z drzew i zakopują się z powrotem pod ziemią, rozpoczynając cykl ponownie.
Na świecie występuje około 3000 do 4000 gatunków cykad, ale cyklady 13- i 17-letnie we wschodnich Stanach Zjednoczonych wydają się być wyjątkowe pod względem łączenia długiego okresu młodocianego rozwoju ze zsynchronizowanymi, masowymi wschodzeniami dorosłych.
Wydarzenia te rodzą wiele pytań zarówno dla entomologów, jak i opinii publicznej. Co cykady robią pod ziemią przez 13 lub 17 lat? Co oni jedza? Dlaczego ich cykle życiowe są tak długie? Dlaczego są zsynchronizowane? I czy zmiany klimatyczne wpływają na ten cud świata owadów?
Badamy cyklady cykliczne, aby zrozumieć pytania dotyczące bioróżnorodności, biogeografii , zachowania i ekologii - ewolucji, historii naturalnej i geograficznego rozmieszczenia życia. Dowiedzieliśmy się wielu zaskakujących rzeczy o tych owadach: na przykład mogą podróżować w czasie, zmieniając swoje cykle życiowe w czteroletnich odstępach. To nie przypadek, że naukowa nazwa cyklicznych 13- i 17-letnich cykad to Magicicada , w skrócie „magiczna cykada”.
Historia naturalna
Cyklady okresowe jako gatunki są starsze niż lasy, w których występują. Analiza molekularna wykazała, że około 4 miliony lat temu przodek obecnego gatunku Magicicada podzielił się na dwie linie . Jakieś 1,5 miliona lat później jedna z tych linii rozdzieliła się ponownie. Powstałe w ten sposób trzy linie rodowe są podstawą współczesnych okresowych grup gatunków cykad , Decim, Cassini i Decula .
Pierwsi koloniści amerykańscy po raz pierwszy napotkali okresowe cykady w Massachusetts. Nagłe pojawienie się tak wielu owadów przypomniało im o biblijnych plagach szarańczy, które są rodzajem konika polnego. W ten sposób nazwa „szarańcza” została błędnie skojarzona z cykadami w Ameryce Północnej.
W XIX wieku wybitni entomolodzy, tacy jak Benjamin Walsh , CV Riley i Charles Marlatt, opracowali zadziwiającą biologię cyklicznych cykad. Ustalili, że w przeciwieństwie do szarańczy i innych koników polnych, cykady nie żują liści, nie dziesiątkują plonów ani nie latają w rojach.
Zamiast tego owady te spędzają większość życia poza zasięgiem wzroku, rosną pod ziemią i żerują na korzeniach roślin, przechodząc przez pięć młodocianych stadiów. Ich zsynchronizowane pojawienia się są przewidywalne i następują w zegarowym harmonogramie 17 lat na północy i 13 lat na południu i w dolinie Missisipi. Istnieje wiele regionalnych klas rocznych, zwanych lęgami.
Bezpieczeństwo w liczbach
Kluczową cechą biologii Magicicada jest to, że te owady pojawiają się w ogromnych ilościach. Zwiększa to ich szanse na wypełnienie ich kluczowej misji na powierzchni: znalezienie partnerów.
Gęste wschody zapewniają również to, co naukowcy nazywają obroną przed nasyceniem drapieżników. Każdy drapieżnik żywiący się cykadami, czy to lis, wiewiórka, nietoperz czy ptak, zjedzą się na długo przed pożarciem wszystkich owadów w okolicy, pozostawiając wielu ocalałych.
Podczas gdy cykliczne cykady w większości pojawiają się zgodnie z harmonogramem co 17 lub 13 lat, często mała grupa pojawia się cztery lata wcześniej lub późno. Wczesne wschodzące cykady mogą być szybciej rosnącymi osobnikami, które miały dostęp do obfitego pożywienia, a maruderami mogą być osoby, które utrzymywały się z mniejszą ilością żywności.
Jeśli warunki wzrostu zmieniają się w czasie, ważna staje się zdolność do zmiany tego rodzaju cyklu życia i wychodzenia z niego cztery lata wcześniej w sprzyjających czasach lub cztery lata późno w trudniejszych czasach. Jeśli nagła faza ciepła lub zimna powoduje, że duża liczba cykad popełnia jednorazowy błąd i wychodzi poza harmonogram o cztery lata, owady mogą pojawić się w wystarczającej liczbie, aby zaspokoić drapieżniki i przejść do nowego harmonogramu.
Czas spisu ludności dla szczepu X
Kiedy lodowce wycofywały się z terenów dzisiejszych Stanów Zjednoczonych około 10 000 do 20 000 lat temu, cyklady pojawiły się okresowo we wschodnich lasach. Tymczasowe przełączanie cyklu życia stworzyło złożoną mozaikę lęgów.
Obecnie w północno-wschodnich lasach liściastych, gdzie zimą drzewa zrzucają liście, występuje 12 lęgów 17-letnich cyklad okresowych. Te grupy są kolejno ponumerowane i pasują do siebie jak gigantyczna układanka. Na południowym wschodzie iw dolinie Mississippi występują trzy lęgi 13-letnich cykad.
Ponieważ cyklady okresowe są wrażliwe na klimat, wzorce ich lęgów i gatunków odzwierciedlają zmiany klimatyczne. Na przykład dane genetyczne i inne dane z naszej pracy wskazują, że 13-letni gatunek Magicicada neotredecim , który występuje w górnej dolinie Mississippi, uformował się wkrótce po ostatnim zlodowaceniu. W miarę ocieplania się środowiska 17-letnie cykady na tym obszarze pojawiały się sukcesywnie, z pokolenia na pokolenie, po 13 latach pod ziemią, aż na stałe przeszły do cyklu 13-letniego .
Nie jest jednak jasne, czy cykady mogą ewoluować tak szybko, jak ludzie zmieniają swoje środowisko. Chociaż cyklady okresowe preferują obrzeża lasów i rozwijają się na obszarach podmiejskich, nie mogą przetrwać wylesiania ani rozmnażać się na obszarach bez drzew.
Rzeczywiście, niektóre lęgi już wymarły. Pod koniec XIX wieku jeden lęg (XXI) zniknął z północnej Florydy i Georgii. Kolejny (XI) wyginął w północno-wschodnim Connecticut od około 1954 roku, a trzeci (VII) w stanie Nowy Jork skurczył się z ośmiu do jednego, odkąd rozpoczęto tworzenie map w połowie XIX wieku.
Zmiany klimatyczne mogą mieć również daleko idące skutki. Wraz z ociepleniem się klimatu w USA, dłuższe sezony wegetacyjne mogą zapewnić większe dostawy żywności. Może to ostatecznie zmienić więcej 17-letnich cykad w 13-letnie cykady, podobnie jak po ociepleniu zmienionej Magicicada neotredecim . Wczesne pojawienia się na dużą skalę miały miejsce w 2017 r. W Cincinnati i obszarze metropolitalnym Baltimore-Washington oraz w 1969, 2003 i 2020 r. W obszarze metropolitalnym Chicago - potencjalne zwiastuny tego rodzaju zmian.
Badacze potrzebują szczegółowych, wysokiej jakości informacji, aby śledzić dystrybucję cykady w czasie.
Pomóż policzyć cykady blisko ciebie
Naukowcy-obywatele odgrywają kluczową rolę w tych wysiłkach, ponieważ okresowe populacje cykady są tak duże, a ich dorosłe wylęganie trwa tylko kilka tygodni.
Wolontariusze, którzy chcą pomóc w udokumentowaniu pojawienia się Brood X tej wiosny, mogą pobrać aplikację na telefon komórkowy Cicada Safari , udostępnić migawki i śledzić nasze badania w czasie rzeczywistym online pod adresem www.cicadas.uconn.edu . Nie przegap - kolejna okazja nadejdzie dopiero po pojawieniu się Szczepów XIII i XIX w 2024 roku .
Ten artykuł został opublikowany ponownie z The Conversation na licencji Creative Commons. Możesz znaleźć oryginalny artykuł tutaj .
John Cooley jest adiunktem w dziedzinie ekologii i biologii ewolucyjnej na Uniwersytecie Connecticut. Otrzymał dofinansowanie od National Science Foundation i National Geographic. Chris Simon jest profesorem ekologii i biologii ewolucyjnej na Uniwersytecie Connecticut. Otrzymuje dofinansowanie z National Science Foundation.
