当前位置：网站首页 > 创业 > 正文

221年一相遇！这两种周期蝉演绎动物界的“白娘子与许仙”

张子豪 2025-10-12 00:09 1

出品：科普中国

建造：年夜阪年夜学张昊

监制：中国科学院计较机收集信息中间

白素贞期待了千年才与许仙断桥相会，可见缘分固然妙不成言，却也可遇不成求。

宿世界上有两种蝉，一种每13年呈现一次，一种每17年呈现一次。接下来请听好这道五年级奥数题：17年蝉和13年蝉要距离几多年才会相遇一次？相信两个质数最小公倍数的求法大师仍是没健忘的，谜底是221年！的确久到白素贞都快当作仙了！

不外，接下来这道题就有点超纲了，它们在221年一次的相遇中，会不会做一些羞羞的不成描述的工作？这个问题的谜底比来还真被科学家揭开了。

什么是周期蝉？13年或17年一轮回

蝉是中国老苍生很是熟悉的虫豸之一，出格是在海说神聊京以南的良多地域，每年盛夏总会有无数蝉附着在高峻的乔木之上，制造难听的鸣响。蝉生射中的年夜部门期间是糊口在地下的幼虫状况，幼虫以树根汁液为食，逐渐发育当作长，在生命的最后一个月摆布钻出地表成仙为当作虫。之后，传宗接代就当作为他们独一的方针：雄蝉依靠腹部的发声器官——鼓室制造出高达100分贝的声响，以此吸引雌蝉前来交配。

今朝记实在案的蝉已经有快要3000种，此中绝年夜部门种类的发展周期都在1到5年。以海说神聊方常见的油蝉（俗称知了）为例，0龄幼虫在产卵后的初年卵内越冬，第二年6月孵化完当作，当作为1龄幼虫，此时身体年夜部门器官都已发育当作型。1龄幼虫潜入地下，冬眠5年，颠末4次蜕皮后在第六年炎天钻出地表。

不外，在海说神聊美的良多地域，一些特心猿意马种群蝉的发展周期很是长，以13年或17年为一个轮回，是以被称为周期蝉。它们的幼虫在地下冬眠13或17年后，同种蝉的若虫同时破土而出，在4到6周内完当作成仙、交配、产卵、随即灭亡，从卵中孵化的幼虫再钻入地下，起头一个新的生命轮回。

（周期蝉的生命过程，来历：参考文献6）

从基因角度进行的遗传学阐发表白，这两种蝉年夜约是180万年前从统一祖先分化出来的。今朝，13年蝉本家儿要分布在美国东南部的几个地域，分为3个亚种，现存3个种群。17年蝉则本家儿要分布在纽约四周等东海说神聊部地域，分为4个亚种，现存12个种群。一向以来，除了按期年夜爆发带来的冲击感，周期蝉的各种谜团都令科学家费解。

（周期蝉现存的15个种群）

它们的生命周期为何如斯之长？13和17如许的质数周期真的是偶尔为之？

科学家认为，周期蝉的生命周期如斯之长是基于两年夜考虑：

起首，周期蝉这个物种降生早期，海说神聊美年夜陆的炎天要比此刻严寒，偶然会呈现持续两三年的冷夏。若是周期蝉采用两三年的短生命周期，很可能会接连履历几回冷夏，进而遭到团灭，这对种群的存续会造当作不小的威胁。而采用长周期则可以避免呈现如许的问题，提高种群的存活率。

事实上，曾经可能存在的环境是，昔时周期没有这么长的兄弟种群都被冻死了，出格是17年蝉糊口的纬度更高，是以需要冬眠的时候也稍长一点。更长的冬眠时候也令17年蝉拥有更好的发育状况，进而具有更多的营养来进行生殖。有证据表白，17年蝉的产卵能力要高于13年蝉。

（2013到2015年间周期蝉的呈现环境，来历：参考文献6）

此外，良多种寄生虫都是蝉的天敌，它们的生命周期年夜多为3到4年。若是周期蝉采用短周期，每3、4年就可能遭遇一次天敌的侵袭，这同样长短常晦气的。对于一切虫豸的天敌鸟类来说，固然每17年就能赶上一次真正的贪吃盛宴，可是因为瞬时数目过分复杂，鸟类也无法有用按捺蝉的数目。据报道，每次周期蝉年夜爆发时，种群总数目可以达到60亿之巨，如许复杂的种群集中在相对狭小的限制地区内，本地的鸟类是毫不可能完全消化的。

（周期蝉年夜爆发，当作虫和若虫成仙时蜕去的壳稠浊在一路，来历：收集）

有趣的是，因为从来没有逃避天敌捕食的概念，周期蝉的字典中是没有惊骇两个字的。小鸟即便已经吃失落了旁边的兄弟，周期蝉也是照样该吃吃该喝喝，毫不逃跑认怂。给人一种存亡有命富贵在天的感受，颇为佛系。

质数周期同样与逃避寄生虫天敌有关，若是是12年为周期，很可能频仍地与3年和4年发生的寄生虫相遇（当然还有2年生），13年周期的话，则别离39年或者52年才会碰到一次，极年夜提高当作活率。

13年蝉和17年蝉会种间杂交？有这种可能！

科学界一向认为，13年蝉和17年蝉之间是不会发生杂交的，即即是它们同时相遇的年份，也不会对彼此发生乐趣。然而，一项4月19号颁发在Nature集团旗下新刊物《Communications Biology》的论文表白，科学家们在基因层面上发现了两种周期蝉进行过杂交的证据。之前，科学家们一度认为这两种蝉之间是不会发生交配行为的。科学家们阐发，在统一地域栖息的两种周期蝉，每221年一次的相遇是有可能造当作种间杂交的。此外，不解除少少数不太合群的个别没有遵循13或者17如许的纪律，提前或者拖后出土成仙，与外族萍水相逢之后发生不成描述的行为。

可能有些爱费心的读者会问，杂交会不会影响儿女的周期性？假如周期发生了错乱，儿女在与年夜军队分歧的年份钻出地表，岂不是只能注心猿意马孤傲终老？

不消担忧，科学家们发现，杂交并没有让儿女周期蝉的发展周期发生异常，仍然是13或者17年，而且这种周期性在履历10万年到20万年的跨度后仍然可以连结。

按照论文中的猜测，周期蝉的发展周期很可能由尚不决位的遗传基因进行调控。杂交后基因仍然由子代担当，遵循与亲代近似的周期纪律。至于杂交后子代的周期是随爹仍是随妈，论文中并没有明白结论……此后，研究小组的方针将是解析周期蝉的基因组，并在此根本上厘清与周期调控相关的奥秘。

周期蝉怎么知道啥时辰钻出地面？

还有一个未解之谜，统一种群周期蝉钻出地面的时候节制机制是如何的？它们若何计较年份？

有科学家认为，周期蝉是经由过程计较蛰伏的次数来获知应该什么时辰钻出地面的。每年冬天，地下的蝉幼虫会按时蛰伏，颠末必然年数后，就会破土而出。

2004年Brood X年夜爆发时的气象，地面布满17年蝉钻出后留下的小孔，来历：见水印

加州年夜学戴维斯分校的Karban传授对此有分歧看法，他认为周期蝉的幼虫在地下吸食树根汁液时可以感触感染到树龄的转变。他操纵一株颠末基因工程革新的桃树完当作了一个有趣的尝试，正常的桃树一年开一次花成果一次，这株桃树却可以一年开花两次。将地下采集到的正常发育的周期蝉移到这株桃树的树根后，周期蝉在一年时候内完当作了两年的发育过程。

然而，这两种诠释也仅仅是将单元切确到了年罢了，但周期蝉钻出地盘的时候点倒是高度同一的，仅仅只有几天时候。Karban传授曾经对冬眠于地下的周期蝉进行过系列挖掘，他发现，现实上地下的发育过程存在较着的进度差别，但令人诧异的是，发育进度提前的个别们会等待整个群体中的后进者也完当作发育，才起头钻出地表。也就是说，周期蝉们在期待某个旌旗灯号。那么，旌旗灯号到底是什么呢？科学家们今朝仍然不清晰，比力风行的假设是泥土温度。

周期蝉证件照，来历：维基百科

为什么周期蝉只生息在海说神聊美年夜陆？

小编认为，山东地域不少吃瓜群众对这个问题应该有独到看法。遥想数千年前，齐鲁年夜地降生了中国较早的农业文明，大师刀耕火种、齐心合力扶植夸姣家园。可是古代究竟结果出产力程度不高，收当作一般，大师日子过的很辛劳……成果十几年一次，天降吉祥，过年吃饺子，一吃一个月，吃不完打包外带，烧烤、油炸、风干……。周期蝉错误地选择了Hard模式，颠末了几代人的尽力，周期蝉也就永远地消逝在中华平易近族悠悠五千年的汗青长河中了……（本段文字纯属瞎掰，这个问标题问题前还没有科学诠释）。