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獨厚心得

花了17年等待死亡的蟬之謎!

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一般的蟬大約會花六到九年待在土壤中,附在樹根上度過若蟲期*,一邊吸食水分,一邊等待長大成蟲,若蟲要反覆蛻皮才會長大,然後會在某一天爬到地面羽化成蟲,如果運氣好,就能找到同伴交配,如果運氣不好,就會從見到陽光那天起,在二星期內盡力鳴叫,然後死去。而在北美大陸有群每十三年或每十七年才出現一次的蟬集團,牠們成蟲的週期與其他的蟬非常不同,而且是自己成群反覆以十三年或十七年為週期出現於地面。

為什麼牠們需要這麼久的時間才能成蟲?而且以十三或十七年為週期反覆出現呢?

《17年蟬之謎》提到,蟬的若蟲期會根據氣溫的條件決定需要多少年的時間,才能夠成長到足夠的大小現身於地面上,但要持續繁衍,還得配合其他同伴的發生期,才能在短短二週內留下後代,因此能夠同時出現在地面上,比成長到足夠大小還重要,若蟲原本可以根據氣候溫暖程度調整長成的時間,但這種特性已經比不上與同伴同時出現重要,因此「羽化」的開關由原本的「溫度」改變為「時間」。

而由於氣候寒冷,植物生長的速度變慢,根部的水分也逐漸變少,能夠吸收的養分也跟著減少,因此若蟲成長的速度愈來愈緩慢,原本六到九年就會長大的若蟲,可能需要十二到十八年才能長大成蟲。此時各種週期蟬依著自己的「週期」羽化成蟲,但為何最後是十三年與十七年蟬得以在北美大陸這漫長的生存競賽中勝出?

《17年蟬之謎》作者吉村仁認為當時嚴苛的生存環境,使週期蟬具備了「在同一時間、同一地點大發生」的特性,於漫漫時間長河中,不同的週期蟬由於週期的交疊,會發生彼此雜交使得後代出現的週期有所變異,如果同時出現的蟬數量減少,就減少了繁衍的機會,若是數目過少,甚至會發生滅絕的情形。但是十三年蟬或十七年蟬的週期因為是質數,所以跟其他週期蟬相遇雜交的機會很少(最小公倍數較大),因此後代出現的週期就不會受到更多因素的干擾,族群數量也就愈來愈多。

長年的環境變化改變了蟬的生活特性,質數的數字特性融入了演化的洪流,兩者相會營造了自然界的數字魔法,而今時今日全球暖化的問題正在持續,會不會進一步影響蟬的生長過程、甚至是更多自然生物的演化過程,或許再解開十七年蟬的神祕之後,人們還可以繼續思索。

*若蟲期:成蟲前的發育期。

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