Một sự kiện lớn trong thế giới côn trùng đang đến gần. Bắt đầu từ tháng 4 hoặc tháng 5, tùy thuộc vào vĩ độ, một trong những đàn ve sầu 17 tuổi lớn nhất sẽ xuất hiện từ lòng đất ở hàng chục bang, từ phía tây New York đến Illinois và phía nam tới bắc Georgia . Nhóm này được gọi là Brood X, theo chữ số La Mã là 10.
Trong khoảng bốn tuần, các khu vực rừng rậm và ngoại ô sẽ vang lên những tiếng huýt sáo và kêu vo ve của ve sầu. Sau khi giao phối, mỗi con cái sẽ đẻ hàng trăm quả trứng vào những cành cây có kích thước bằng chiếc bút chì.
Sau đó ve sầu trưởng thành sẽ chết. Khi trứng nở, nhộng ve sầu mới rơi khỏi cây và đào hang trở lại dưới lòng đất, bắt đầu lại chu kỳ.
Có lẽ có khoảng 3.000 đến 4.000 loài ve sầu trên khắp thế giới, nhưng loài ve sầu 13 và 17 năm tuổi ở miền đông Hoa Kỳ dường như là duy nhất trong việc kết hợp thời gian phát triển dài của con non với sự xuất hiện đồng bộ và trưởng thành hàng loạt.
Những sự kiện này đặt ra nhiều câu hỏi cho các nhà côn trùng học cũng như công chúng. Ve sầu làm gì dưới lòng đất trong 13 hoặc 17 năm? Họ ăn gì? Tại sao vòng đời của chúng lại dài như vậy? Tại sao chúng được đồng bộ hóa? Và liệu sự thay đổi khí hậu có ảnh hưởng đến kỳ quan này của thế giới côn trùng?
Chúng tôi nghiên cứu ve sầu định kỳ để hiểu các câu hỏi về đa dạng sinh học, địa lý sinh học , tập tính và sinh thái - sự tiến hóa, lịch sử tự nhiên và sự phân bố địa lý của sự sống. Chúng tôi đã học được nhiều điều đáng ngạc nhiên về những loài côn trùng này: Ví dụ, chúng có thể du hành xuyên thời gian bằng cách thay đổi vòng đời của chúng theo từng bước tăng lên trong 4 năm. Không phải ngẫu nhiên mà tên khoa học của loài ve sầu 13 và 17 năm định kỳ là Magicicada , được rút ngắn từ "magic cicada."
Lịch sử tự nhiên
Là một loài, ve sầu sống theo chu kỳ già hơn các khu rừng mà chúng sinh sống. Phân tích phân tử đã chỉ ra rằng khoảng 4 triệu năm trước, tổ tiên của loài Magicicada hiện nay đã tách thành hai dòng họ . Khoảng 1,5 triệu năm sau, một trong những dòng dõi đó lại tách ra. Ba dòng kết quả là cơ sở của các nhóm loài ve sầu hiện đại , Decim, Cassini và Decula .
Những người thực dân Mỹ thời kỳ đầu bắt gặp ve sầu định kỳ ở Massachusetts. Sự xuất hiện đột ngột của rất nhiều loài côn trùng khiến họ liên tưởng đến bệnh dịch trong Kinh thánh là cào cào, một loại châu chấu. Đó là lý do mà cái tên "cào cào" trở nên không chính xác với loài ve sầu ở Bắc Mỹ.
Trong thế kỷ 19, các nhà côn trùng học nổi tiếng như Benjamin Walsh , CV Riley và Charles Marlatt đã nghiên cứu ra đặc điểm sinh học đáng kinh ngạc của loài ve sầu theo chu kỳ. Họ khẳng định rằng không giống như cào cào hoặc các loài châu chấu khác, ve sầu không nhai lá cây, tàn phá mùa màng hoặc bay theo bầy đàn.
Thay vào đó, những con côn trùng này dành phần lớn cuộc đời của chúng ở ngoài tầm nhìn, phát triển dưới lòng đất và ăn rễ cây khi chúng trải qua năm giai đoạn thiếu niên. Sự xuất hiện đồng bộ của chúng có thể dự đoán được, xảy ra theo lịch trình đồng hồ kéo dài 17 năm ở miền Bắc và 13 năm ở miền Nam và Thung lũng Mississippi. Có nhiều lớp theo năm khu vực, được gọi là lớp bố mẹ.
An toàn bằng số
Đặc điểm chính của sinh học Magicicada là những loài côn trùng này xuất hiện với số lượng rất lớn. Điều này làm tăng cơ hội hoàn thành nhiệm vụ quan trọng của họ trên mặt đất: tìm kiếm bạn tình.
Những sự xuất hiện dày đặc cũng cung cấp cái mà các nhà khoa học gọi là biện pháp phòng thủ đối với kẻ săn mồi. Bất kỳ động vật ăn thịt nào ăn ve sầu, cho dù đó là cáo, sóc, dơi hay chim, sẽ ăn no của nó rất lâu trước khi tiêu thụ hết côn trùng trong khu vực, khiến nhiều người sống sót bị bỏ lại.
Trong khi ve sầu định kỳ chủ yếu xuất hiện theo lịch trình cứ sau 17 hoặc 13 năm, thường một nhóm nhỏ xuất hiện sớm hoặc muộn bốn năm. Những con ve sầu mới xuất hiện sớm có thể là những cá thể phát triển nhanh hơn, có khả năng tiếp cận với nguồn thức ăn dồi dào, và những con bị tụt hậu có thể là những cá thể tồn tại ít hơn.
Nếu các điều kiện phát triển thay đổi theo thời gian, việc có khả năng làm cho loại chu kỳ sống này chuyển đổi và xuất hiện sớm hơn bốn năm vào thời điểm thuận lợi hoặc muộn hơn bốn năm trong thời điểm khó khăn hơn trở nên quan trọng. Nếu một giai đoạn ấm hoặc lạnh đột ngột khiến một số lượng lớn ve sầu mắc lỗi một lần và xuất hiện không theo lịch trình sau bốn năm, côn trùng có thể xuất hiện với số lượng đủ để làm hài lòng những kẻ săn mồi và chuyển sang một lịch trình mới.
Thời gian điều tra dân số cho Brood X
Khi các sông băng rút lui khỏi khu vực ngày nay là Hoa Kỳ khoảng 10.000 đến 20.000 năm trước, ve sầu sống theo chu kỳ tràn ngập các khu rừng phía đông. Sự chuyển đổi vòng đời tạm thời đã hình thành một thể khảm phức tạp của cá bố mẹ.
Ngày nay có 12 đàn ve sầu 17 năm sinh sống trong các khu rừng rụng lá đông bắc, nơi cây rụng lá vào mùa đông. Các nhóm này được đánh số thứ tự và ăn khớp với nhau giống như một trò chơi ghép hình khổng lồ. Ở Đông Nam và Thung lũng Mississippi có ba đàn ve sầu 13 năm sinh sống.
Bởi vì ve sầu định kỳ nhạy cảm với khí hậu, các mô hình bố mẹ và các loài của chúng phản ánh sự thay đổi khí hậu. Ví dụ, dữ liệu di truyền và các dữ liệu khác từ công trình của chúng tôi chỉ ra rằng loài Magicicada neotredecim 13 năm , được tìm thấy ở phía trên Thung lũng Mississippi, được hình thành ngay sau lần băng hà cuối cùng. Khi môi trường ấm lên, những con ve sầu 17 năm trong khu vực xuất hiện liên tiếp, thế hệ này sang thế hệ khác, sau 13 năm dưới lòng đất cho đến khi chúng vĩnh viễn chuyển sang chu kỳ 13 năm .
Nhưng không rõ liệu ve sầu có thể tiếp tục phát triển nhanh như con người thay đổi môi trường sống hay không. Mặc dù ve sầu thích ven rừng và phát triển mạnh ở các khu vực ngoại ô, chúng không thể sống sót khi phá rừng hoặc sinh sản ở những khu vực không có cây cối.
Thật vậy, một số cá bố mẹ đã tuyệt chủng. Vào cuối thế kỷ 19, một con cá bố mẹ (XXI) đã biến mất khỏi miền bắc Florida và Georgia. Một (XI) khác đã tuyệt chủng ở đông bắc Connecticut từ khoảng năm 1954, và một phần ba (VII) ở ngoại ô New York đã bị thu hẹp từ tám quận xuống còn một kể từ khi lập bản đồ lần đầu tiên vào giữa những năm 1800.
Biến đổi khí hậu cũng có thể có những tác động sâu rộng. Khi khí hậu Hoa Kỳ ấm lên, các mùa trồng trọt kéo dài hơn có thể cung cấp nguồn cung cấp lương thực lớn hơn. Điều này cuối cùng có thể thay đổi nhiều ve sầu 17 năm thành ve sầu 13 năm, giống như sự ấm lên trong quá khứ đã thay đổi Magicicada neotredecim . Các trường hợp khẩn cấp sớm quy mô lớn đã xảy ra vào năm 2017 ở Cincinnati và khu vực tàu điện ngầm Baltimore-Washington, và vào các năm 1969, 2003 và 2020 ở khu vực tàu điện ngầm Chicago - những dấu hiệu tiềm ẩn của loại thay đổi này.
Các nhà nghiên cứu cần thông tin chi tiết chất lượng cao để theo dõi sự phân bố của ve sầu theo thời gian.
Giúp đếm số ve sầu gần bạn
Các nhà khoa học công dân đóng một vai trò quan trọng trong nỗ lực này vì quần thể ve sầu định kỳ rất lớn và sự xuất hiện trưởng thành của chúng chỉ kéo dài vài tuần.
Những tình nguyện viên muốn giúp ghi lại sự xuất hiện của Brood X vào mùa xuân này có thể tải xuống ứng dụng điện thoại di động Cicada Safari , cung cấp ảnh chụp nhanh và theo dõi nghiên cứu của chúng tôi trong thời gian thực trực tuyến tại www.cicadas.uconn.edu . Đừng bỏ lỡ - cơ hội tiếp theo sẽ không đến cho đến khi Broods XIII và XIX xuất hiện vào năm 2024 .
Bài viết này được xuất bản lại từ The Conversation theo giấy phép Creative Commons. Bạn có thể tìm thấy bài báo gốc ở đây .
John Cooley là trợ lý giáo sư sinh thái học và sinh học tiến hóa tại Đại học Connecticut. Ông đã nhận được tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia và Địa lý Quốc gia. Chris Simon là giáo sư sinh thái học và sinh học tiến hóa tại Đại học Connecticut. Cô nhận được tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia.
