周期蟬新解
專欄
作者：袁越
本專欄曾經寫過北美周期蟬（Periodical Cicadas）的故事，這種蟬的生命周期非常長，每13年或者17年才出土繁殖一次，其餘時間都躲在地下等待時機。
一提到周期蟬，大家肯定首先想到的是“13”和“17”這兩個數字，因為它們都是質數，仿佛周期蟬懂數學似的。不過，專門研究周期蟬的科學家們並不這麼看，他們認為周期蟬最讓人迷惑的地方在於若蟲（Nymphs，就是俗稱的季鳥猴）的生命周期為什麼會這麼長？研究表明，周期蟬的若蟲在第8年時就已經成熟了，此時如果強行讓它們提前出土是完全沒有問題的，但這些若蟲似乎約好了似的，躲在地下耐心等待，直到第13年或者第17年時才集體破土而出。
周期蟬的這一神奇特性早在1633年就被北美移民們發現了，此後不斷有人試圖揭開這個秘密，但都無功而返。科學家們提出過很多理論，有人認為周期蟬體內有一種寄生蟲，是它們控製了周期蟬的生命周期，還有人認為這是為了防止同類之間互相爭奪食物或者近親交配，以及防範地麵上的天敵，後麵這兩個假說似乎可以解釋為什麼周期是質數，因為這可以減少同步的機會。問題在於，這些假說都隻是理論上的猜想，科學家們沒有發現一個確鑿的證據。比如，至今沒有找到任何一種天敵，其生命周期符合前文提到過的質數假說。
美國康奈爾大學的動物行為學家沃特·科尼格（Walt Koenig）和美國農業部的生態學家安德魯·利比霍德（Andrew Liebhold）一直對周期蟬很感興趣，他們注意到有人曾經報告過一個案例，有一窩周期蟬不知為何錯誤地提前跑出了地麵，結果很快就被它們的天敵——鳥統統吃光了，根本沒機會繁殖。讀到這個故事後兩人突發奇想：既然鳥能把“犯錯誤”的周期蟬統統吃光，說明那些“不犯錯誤”的周期蟬有某種手段能夠躲過天敵的侵害。
於是，兩人利用職務之便調取了1966～2010年北美所有鳥類的種群統計表，找出其中15種可以被稱為是周期蟬天敵的鳥類，製作了一張隨年份變化的種群數量曲線，意外地發現這個曲線的變化周期和周期蟬的生命周期幾乎完全重合。“這個結果令我大吃一驚。”科尼格評價說，“我幾乎不敢相信這是真的。”
具體說，17年周期蟬附近的鳥類種群數量變化正好也是17年，而且正好是周期蟬出土的那一年種群數量達到最低點，然後迅速增加，等下一個17年到來時又會再度到達最低點。而13年周期蟬附近的鳥類種群數量變化也正好是13年，隻不過變化曲線更複雜一些，分別在第4年和第10年時有一個波穀。有趣的是，有人發現13年周期蟬種群有時會因為某種不知道的原因而延遲出土，而出土的時間恰好是在第二個周期的第4年！
這個結果有沒有可能是統計數據的偏差呢？要知道，周期蟬出土的那段時間周圍環境是非常吵的，也許鳥們都被周期蟬瘋狂的求偶鳴叫聲給嚇跑了，或者統計鳥類種群數量的工作人員因為環境太吵而沒有發現躲在樹上的鳥。但後續研究發現即使是周期蟬沒有出現的地區，隻要和出土的地方挨得足夠近，同樣會有這個變化，這說明統計結果是可信的。
那麼，鳥類的種群數量周期為什麼會有13年和17年的周期呢？兩位研究者認為，這是受周期蟬所控製的。周期蟬對於鳥類毫無防範措施，基本上隻能坐以待斃，這就是為什麼那些“犯錯誤”的周期蟬很快就被殺死的原因。周期蟬唯一的防禦武器就是等鳥類的種群下降時趁機迅速繁殖，然後鑽入土中等待下一次機會。按照這個猜想，如果周期蟬能進化出一種辦法，控製鳥類的種群周期，就能逃過一劫，繼續繁衍下去。
兩位科學家將研究結果寫成論文，發表在2012年12月17日出版的《美國博物學家》（The American Naturalist）雜誌上。這篇文章沒有解釋周期蟬到底是用什麼辦法控製鳥類周期的，但兩人提出了一個假說，認為周期蟬出土時會給當地的土壤組成帶來巨大的變化，從而影響到整個生態係統的構成。也許正是這種突然而又巨大的變化在鳥的身體裏埋下了伏筆，最終導致鳥類的種群數量在第13年和第17年時有個突然的下降。
換句話說，“13”和“17”這兩個數字也許就是一個偶然，和質數沒有關係。