Приближается большое событие в мире насекомых. Начиная с апреля или мая, в зависимости от широты, один из крупнейших выводков 17-летних цикад появится из-под земли в десятке штатов, от Нью-Йорка на западе до Иллинойса и на юге до северной Джорджии . Эта группа известна как Brood X, как в римской цифре 10.
Примерно четыре недели лесные и пригородные районы будут звенеть свистящими и жужжащими брачными криками цикад. После спаривания каждая самка откладывает сотни яиц на ветвях деревьев размером с карандаш.
Тогда взрослые цикады умрут. Как только яйца вылупляются, новые нимфы цикады падают с деревьев и зарываются обратно под землю, начиная цикл снова.
По всему миру существует от 3000 до 4000 видов цикад, но периодические 13- и 17-летние цикады в восточной части США, по-видимому, уникальны тем, что сочетают длительное время развития молоди с синхронным массовым появлением взрослых особей.
Эти события вызывают множество вопросов как у энтомологов, так и у общественности. Что цикады делают под землей 13 или 17 лет? Что они едят? Почему их жизненные циклы такие длинные? Почему они синхронизированы? И влияет ли изменение климата на это чудо мира насекомых?
Мы изучаем периодические цикады, чтобы понять вопросы о биоразнообразии, биогеографии , поведении и экологии - эволюции, естественной истории и географическом распространении жизни. Мы узнали много удивительных вещей об этих насекомых: например, они могут путешествовать во времени, изменяя свои жизненные циклы с шагом в четыре года. Не случайно научное название периодических 13- и 17-летних цикад - Magicicada , сокращенно от «волшебная цикада».
Естественная история
Как вид, периодические цикады старше лесов, в которых они обитают. Молекулярный анализ показал, что около 4 миллионов лет назад предки нынешнего вида Magicicada разделились на две линии . Примерно через 1,5 миллиона лет одна из этих линий снова разделилась. Получившиеся три линии являются основой современных периодических групп видов цикад : Decim, Cassini и Decula .
Ранние американские колонисты впервые столкнулись с периодическими цикадами в Массачусетсе. Внезапное появление такого количества насекомых напомнило им библейские казни саранчи, которая является разновидностью кузнечика. Вот почему название «саранча» стало неправильно ассоциироваться с цикадами в Северной Америке.
В 19 веке известные энтомологи, такие как Бенджамин Уолш , К.В. Райли и Чарльз Марлатт, разработали удивительную биологию периодических цикад. Они установили, что в отличие от саранчи или других кузнечиков, цикады не жуют листья, не уничтожают урожай и не летают стаями.
Вместо этого эти насекомые проводят большую часть своей жизни вне поля зрения, растут под землей и питаются корнями растений, проходя пять стадий молодости. Их синхронное появление предсказуемо: по часовому графику 17 лет на севере и 13 лет на юге и в долине Миссисипи. Есть несколько региональных годовых классов, известных как выводки.
Безопасность в цифрах
Ключевой особенностью биологии Magicicada является то, что эти насекомые появляются в огромных количествах. Это увеличивает их шансы выполнить свою ключевую миссию на земле: найти друзей.
Плотные выбросы также обеспечивают то, что ученые называют защитой от насыщения хищником. Любой хищник, который питается цикадами, будь то лиса, белка, летучая мышь или птица, съест досыта задолго до того, как съест всех насекомых в этом районе, оставив много выживших позади.
В то время как периодические цикады в основном появляются по расписанию каждые 17 или 13 лет, часто небольшая группа появляется на четыре года раньше или позже. Ранние появляющиеся цикады могут быть быстрорастущими особями, которые имели доступ к обильному питанию, а отстающие могут быть людьми, которые существовали на меньшее количество.
Если условия выращивания со временем меняются, то становится важным иметь возможность переключить этот вид жизненного цикла и выйти либо на четыре года раньше в благоприятные времена, либо на четыре года позже в более трудные времена. Если внезапная теплая или холодная фаза заставляет большое количество цикад совершить единовременную ошибку и выйти из графика через четыре года, насекомые могут появиться в достаточном количестве, чтобы насытить хищников и перейти к новому графику.
Время переписи выводка X
Когда от 10 000 до 20 000 лет назад ледники отступили с территории США, периодические цикады заполнили восточные леса. Временное переключение жизненного цикла сформировало сложную мозаику выводков.
Сегодня в северо-восточных лиственных лесах, где деревья сбрасывают листья зимой, насчитывается 12 выводков 17-летних периодических цикад. Эти группы пронумерованы последовательно и складываются вместе, как гигантская головоломка. На юго-востоке и в долине Миссисипи есть три выводка 13-летних цикад.
Поскольку периодические цикады чувствительны к климату, структура их выводков и видов отражает климатические изменения. Например, генетические и другие данные нашей работы показывают, что 13-летний вид Magicicada neotredecim , который встречается в верхней части долины Миссисипи, образовался вскоре после последнего оледенения. По мере потепления окружающей среды 17-летние цикады в этом районе появлялись последовательно, поколение за поколением, после 13 лет под землей, пока они не были навсегда переведены на 13-летний цикл .
Но неясно, могут ли цикады продолжать развиваться так же быстро, как люди изменяют свою среду обитания. Хотя периодические цикады предпочитают опушки леса и процветают в пригородных районах, они не могут пережить вырубку лесов или размножаться в районах без деревьев.
Действительно, некоторые выводки уже вымерли. В конце 19 века один выводок (XXI) исчез из северной Флориды и Джорджии. Другой (XI) вымер на северо-востоке Коннектикута примерно с 1954 года, а третий (VII) в северной части штата Нью-Йорк сократился с восьми округов до одного с момента начала картирования в середине 1800-х годов.
Изменение климата также может иметь далеко идущие последствия. По мере потепления климата в США более длительный вегетационный период может обеспечить больше продовольствия. Это может в конечном итоге превратить больше 17-летних цикад в 13-летних, точно так же, как прошлое потепление изменило Magicicada neotredecim . Крупномасштабные ранние чрезвычайные ситуации произошли в 2017 году в Цинциннати и районе метро Балтимор-Вашингтон, а в 1969, 2003 и 2020 годах в районе метро Чикаго - потенциальные предвестники такого рода изменений.
Исследователям нужна подробная высококачественная информация, чтобы отслеживать распространение цикад с течением времени.
Помогите посчитать цикады рядом с вами
Гражданские ученые играют ключевую роль в этих усилиях, потому что периодические популяции цикад настолько велики, а их взрослые вылупления длятся всего несколько недель.
Добровольцы, которые хотят помочь задокументировать появление Brood X этой весной, могут загрузить приложение для мобильного телефона Cicada Safari , предоставить снимки и следить за нашими исследованиями в режиме реального времени на сайте www.cicadas.uconn.edu . Не упустите возможность - следующая возможность появится только в 2024 году, пока выводки XIII и XIX не появятся .
Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Вы можете найти оригинальную статью здесь .
Джон Кули - доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Университета Коннектикута. Он получил финансирование от Национального научного фонда и National Geographic. Крис Саймон - профессор экологии и эволюционной биологии в Университете Коннектикута. Она получает финансирование от Национального научного фонда.
