Die Siebzehnjährige Zikade ist da! Eine Billion „Zi’erwa“ fegte über die Vereinigten Staaten hinweg. Wenn Sie es verpassen, müssen Sie weitere 200 Jahre warten!

Bevor Sie den Artikel lesen, eine Erinnerung

Die Bilder in diesem Artikel können sowohl Insektenphobie als auch Klaustrophobie auslösen

In diesem Monat taucht die berühmte Siebzehnjährige Zikade wieder auf und in den Vereinigten Staaten steht eine groß angelegte „Zi’erwa Zi’erwa“-Szene bevor.

Männliche Zikaden locken mit ihrem Zirpen Weibchen an (schon beim Betrachten des Bildes ist es laut) | Pixabay

Die Zikade „Siebzehnjährige Zikade“ ist genau das, was ihr Name vermuten lässt: Sie hält 17 Jahre lang Winterschlaf unter der Erde, und wenn die Zeit abgelaufen ist, brechen Milliarden von ihnen gemeinsam aus dem Boden aus – sie bedecken Himmel und Erde, machen viel Lärm, paaren sich und hinterlassen Nachkommen, sterben dann und verstummen. Aus den Eiern, die sie legen, schlüpfen unter der Erde Nymphen, die weitere 17 Jahre warten.

Zikadenkolonien, die in verschiedenen Jahren im selben Gebiet auftreten, erhalten eigene Nummern, und die Gruppe, die in diesem Jahr ausgebrochen ist, wird als „ Brut XIII “ bezeichnet.

Dieses Jahr ist auch das Jahr des Ausbruchs der „periodischen Zikaden“. Neben dem 17-jährigen Zikadenbrut XIII ist in diesem Jahr auch der 13-jährige Zikadenbrut XIX ausgebrochen. Man geht davon aus, dass die Zahl eine Billion erreichen wird. Sie sind in der Hälfte der Vereinigten Staaten zu sehen und der Anblick wird sehr spektakulär sein.

Sowohl 17-jährige als auch 13-jährige Zikaden werden 2024 ausbrechen | US Forest Service /Wikimedia Commons

Da 13 und 17 beides Primzahlen sind, können diese beiden Zikadenarten außerdem nur alle 221 Jahre gleichzeitig auftreten. Das letzte Mal geschah dies im Jahr 1803 , und das nächste Mal wird es im Jahr 2245 sein.

Wie spektakulär wäre es, Billionen von Zikaden gemeinsam zirpen zu sehen? Kommt eine solche Szene nur alle 17 oder 13 Jahre einmal vor? Warum verbringen sie so viel Zeit unter der Erde?

Viele Jahre lang verborgen, plötzlich aufgetaucht

Egal, ob Kinder in der Stadt oder auf dem Land aufwachsen, Zikaden sind ihnen möglicherweise nicht fremd. Auf dem großen Banyanbaum auf dem Campus und auf den Trauerweiden neben dem Klassenzimmer kündigt das langgezogene oder nervtötende Zirpen der Zikaden den Beginn jedes Sommers an. Wenn Sie ein Kind waren und mit älteren Kindern spielen konnten, haben Sie wahrscheinlich mit Spinnenseide umwickelte Bambusstangen verwendet, um Zikaden zu „fangen“, oder am frühen Morgen in der Nähe der Wurzeln großer Bäume nach Zikadenschalen gesucht.

Wie bei vielen anderen Insekten mit unvollständiger Metamorphose ist der Lebenszyklus einer Zikade in drei Stadien unterteilt: Ei, Nymphe und erwachsenes Tier. Sie verbringen lange Zeit, oft mehr als ein Jahr, im dunklen Untergrund, bevor sie sich zum letzten Mal häuten. Die meisten Zikaden haben keinen Lebenszyklus . Ihre Nymphen nehmen genügend Nährstoffe aus den unterirdischen Wurzeln von Pflanzen oder Stängeln in Bodennähe auf und klettern dann im Frühling und Sommer auf Baumstämme, um sich zu häuten und zu schlüpfen; dann paaren sie sich, legen Eier und sterben, womit ihr Leben endet. Dies ist das Leben der meisten Zikaden, die wir je gesehen haben.

Die bei uns häufiger vorkommende Art ist die Rotader-Bärzikade (Cryptotympana atrata), auch als Schwarze Heuschreckenzikade bekannt. Will Liang / Flickr

In Nordamerika gibt es eine Zikadenart , deren Nymphen in sehr regelmäßiger Weise 13 oder 17 Jahre lang unter der Erde leben . Dann brechen, als wären sie gerufen worden, in mehreren Wochen Sommernächten gemeinsam zig Millionen Menschen aus der Erde hervor und vollenden unter dem kollektiven Tosen der Tsunamis die letzte Phase ihres Lebens. Dann sterben sie und verschwinden, bis sie nach den nächsten 13 oder 17 Jahren wieder auftauchen.

Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie „periodische Zikaden“ genannt.

Periodische Zikade | David Gumbart / TNC

Die Wiedergeburt nach Jahren der Ruhe ist wie eine Metapher des Lebens; und die periodische Zikade interpretiert diese fabelhafte Geschichte wahrlich auf die Spitze.

Siebzehn Jahre

Da es keine Daten aus dieser langen Zeit gibt, können wir nicht wissen, wie die amerikanischen Ureinwohner diese geheimnisvollen Kreaturen sahen, die in großer Zahl auftauchten und dann für mehr als ein Jahrzehnt verschwanden. Erst im 17. Jahrhundert begannen die Europäer, die in Nordamerika ankamen, auf die periodisch auftretenden Zikaden aufmerksam zu werden. Viele Menschen haben den Lebenszyklus dieser Zikaden untersucht und studiert, und sogar Benjamin Franklin und Thomas Jefferson, zwei der Gründerväter der Vereinigten Staaten, haben entsprechende Aufzeichnungen gemacht.

Aufgrund ihrer beeindruckenden Anzahl werden die 17 Jahre alten Zikaden in manchen Quellen auch als „ lärmende Heuschrecken “ bezeichnet.

Es ist etwa 100 Dezibel lauter als ein Rasenmäher | CNN

Als der schwedische Naturforscher Pea Kalm 1749 die Vereinigten Staaten besuchte, beobachtete und dokumentierte er detailliert den Ausbruch der periodischen Zikaden zu dieser Zeit: „Es gibt ausreichende und genaue Beweise dafür, dass diese erstaunlichen Insekten alle 17 Jahre in Pennsylvania auftauchen. Dies bedeutet auch, dass sie, abgesehen von diesem seltsamen Sommer, für den Rest der Zeit unter der Erde bleiben.“

Diese Entdeckungen haben in Europa weitere Aufmerksamkeit und Neugier geweckt. Im Jahr 1785 nannte Carl Linnaeus, der Meister der biologischen Taxonomie, diese Zikade in der 10. Ausgabe seines Systema Naturae zum ersten Mal Cicada septendecim, und das Artepitheton bedeutet „siebzehn Jahre“ .

Eine 17-jährige weibliche Zikade aus dem Buch „How Insects Survive“ von 1930 | RE Snodgrass

Im Laufe der nächsten 100 Jahre wurden in ganz Nordamerika weitere periodische Zikaden entdeckt, die meisten von ihnen waren vom Osten bis in den Süden der Vereinigten Staaten und bis hin zum Mississippi-Tal und den Great Plains verbreitet. Man hat auch einige Muster dieser periodischen Zikaden entdeckt:

1) Der Ausbruchszyklus beträgt entweder 17 oder 13 Jahre, es gibt jedoch keine andere Zahl;

2) Periodische Zikaden in einer Region folgen grundsätzlich streng dem Zyklusgesetz. Gelegentlich erscheinen einige Individuen früh oder im zweiten Jahr des Ausbruchs, in anderen Jahren sind keine Spuren davon zu sehen.

3) Fast jedes Jahr kommt es an einem oder mehreren Orten in Nordamerika zu einem Ausbruch der periodischen Zikadenplage.

Nach weiterführenden Forschungen im 19. Jahrhundert fassten Entomologen 30 Brutgruppen (Brutgruppen) zusammen. Die Größe dieser Gruppen variierte, und es handelte sich immer um dieselbe Gruppe, die im selben Jahr ausbrach und sich über ähnliche Gebiete verteilte. Möglicherweise aufgrund des Klimawandels oder der Zerstörung des Lebensraums sind zwei Populationen seit 1870 und 1953 nicht mehr aufgetreten, während die anderen in bestimmten Gebieten Nordamerikas weiterhin stark anwachsen.

Weitere morphologische Untersuchungen haben ergeben, dass sich diese periodischen Zikaden anhand von Merkmalen wie Größe, Flügeladern, Fortpflanzungsmethoden und Zikadenzirpen grundsätzlich in drei Arten unterteilen lassen, denen die Entomologen neben ihren wissenschaftlichen Namen auch Namen wie Decim, Cassini und Decula gegeben haben. Die gleiche Art hat 13 oder 17 Jahresformen, und fast jede Brutpopulation, die im selben Jahr und am selben Ort ausbricht, enthält alle drei Arten – und überraschenderweise kreuzen sich die drei Arten nur selten.

Eine Cassini-Zikade | Fontaine K, Cooley J, Simon C (2007)

Einige Entomologen unterteilen diese drei Zikaden auch in 6 bis 7 Arten, basierend auf unterschiedlichen Ausbruchszyklen von 13 oder 17 Jahren. Andere Studien haben gezeigt, dass Zikaden derselben Art ebenfalls zwischen 13- und 17-Jahres-Zyklen wechseln, was wahrscheinlich durch ein einzelnes Gen oder einige wenige Genloci gesteuert wird.

Warum sind Jahre wie 17 und 13 Primzahlen?

Nachdem man etwas über die Siebzehnjahreszikade erfahren hat, dürfte jedem Neugierigen als Erstes die Frage in den Sinn kommen: Warum wählt sie einen Zyklus von siebzehn Jahren?

Alles Leben auf der Erde ist unweigerlich mit anderem Leben verbunden. Zikaden sind eine Insektenart, die über keinerlei Verteidigungsmöglichkeiten verfügt und deshalb zur Zielscheibe vieler Raubtiere wird. Säugetiere wie Waschbären, Kojoten, Opossums und Spitzmäuse sowie Vögel wie Spechte, Blauhäher, Amseln und Kuckucke ernähren sich alle von periodisch auftretenden Zikaden. Sogar Schildkröten, Schlangen, Wespen und Spinnen machen Jagd auf 17-jährige Zikaden. Darüber hinaus dienen Zikaden auch dem Menschen als Nahrung.

Auch Menschen essen Zikaden | Ngguls / Wikimedia Commons

Für Beutetiere ist das synchrone Auftreten in Gruppen eine von der Evolution bevorzugte Strategie – das Zusammenkommen in großen Gruppen steigert nicht nur den Fortpflanzungserfolg und bietet eine kollektive Frühwarnung und Verteidigung, sondern löst auch einen „Raubtier-Sättigungseffekt“ aus.

Schließlich kann ein Raubtier an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit nur eine begrenzte Menge an Nahrung fangen, und wenn es in Gruppen auftritt, verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass jedes einzelne Tier zur Beute wird, erheblich . Dies ist in der Natur kein ungewöhnliches Phänomen. Sardinen versammeln sich im Meer in Schwärmen, um räuberischen Haien die Stirn zu bieten, Schneegänse versammeln sich in Millionenschwärmen, um Steinadlern Widerstand zu leisten, und auch das explosionsartige Auftauchen und die Vermehrung periodischer Zikaden ist leicht verständlich.

Zikaden sind am anfälligsten, wenn sie gerade ihre Schalen abgeworfen haben. Es dauert 30 Minuten, bis ihre Flügel hart werden. | David Gumbart/TNC

Doch was genau ist die Ursache für einen Ausbruchszyklus, der bis zu 13 oder 17 Jahre andauern kann? Warum kommen sie nicht in 2, 3 oder 4 Jahren?

Wir werden vielleicht nie die genauen Antworten auf alle Fragen erfahren, aber durch den Einsatz von Molekularbiologie und Computersimulationstechnologie im Rahmen der Evolutionsbiologie können wir weitgehend über die Gründe für die Entstehung dieser erstaunlichen Lebensformen spekulieren und diese sogar überprüfen – 13 oder 17 sind relativ große Primzahlen.

Ein Brood X im Jahr 2004 | Pmjacoby / Wikimedia Commons

Das explosionsartige Auftreten periodischer Zikaden wird unweigerlich Schwankungen bei der Zahl der Fressfeinde oder Parasiten auslösen. Wenn ein Raubtier in den Brutgebieten der periodischen Zikaden auftaucht, nutzt es diese reichhaltige Nahrungsquelle als Grundlage, um sich einen Überlebensvorteil zu verschaffen, die Fortpflanzung auszuweiten und die Populationsgröße zu erhöhen. Wenn sich die Zyklen von Zikaden mit denen von Raubtieren überschneiden, wird der Zikadennachwuchs in der nächsten Runde auf eine beträchtliche Zahl von Raubtiernachkommen treffen, was für ihn wahrscheinlich ein verheerender Schlag sein wird. Die Evolution würde daher periodische Zikaden begünstigen, deren Zyklen sich möglichst wenig mit denen ihrer Fressfeinde überschneiden.

Wenn die Periode eines Raubtiers a und die Periode einer periodischen Zikade b ist, dann ist die kürzeste Zeit, in der sich die Ausbrüche der beiden überschneiden, das kleinste gemeinsame Vielfache von a und b.

Wenn Raubtiere einen zweijährigen Fortpflanzungszyklus haben und periodische Zikaden einen vierjährigen Zyklus, überschneiden sich ihre Zyklen mindestens alle vier Jahre. In 100 Jahren wird es bis zu 25 solcher Jahre geben, was für die Vierjahreszikade zweifellos ein schwerer Schlag ist. Bei einer 17-jährigen Zikade beträgt die kürzeste Überlappungszeit der beiden Zyklen 2*17=34 Jahre – dies kommt in 100 Jahren weniger als dreimal vor .

Darüber hinaus besteht diese Überlappung in Superposition. Wenn sich die Zyklen der beiden Arten ständig überschneiden, können sich die Raubtiere aufgrund der ausreichenden Nahrungsversorgung stärker vermehren und die Nachkommen der periodischen Zikaden geraten in die tragische Situation, von mehr natürlichen Feinden gejagt zu werden. Der Generationenzyklus übt einen starken positiven Selektionsdruck aus. Wenn die Periode der periodischen Zikade jedoch eine sehr große Zahl ist, wird diese positive Verstärkung abgeschwächt.

Ein Paar 17-jähriger Zikaden bei der Paarung | Fontaine K, Cooley J, Simon C (2007)

Eine Studie aus dem Jahr 2012 zeigte, dass mit dem Auftauchen der 17-jährigen Zikaden die Populationen mehrerer ihrer Raubvögel auf ihren periodischen Tiefstand sanken . Dies bedeutete, dass sämtliche Vorteile, die der vorherige Ausbruch der periodischen Zikaden den Raubtieren gebracht hatte, nach langen 13 oder 17 Jahren verschwunden waren.

Natürlich ist die obige Erklärung möglicherweise die bekannteste, es gibt jedoch noch mehrere andere überzeugende Erklärungen. So haben beispielsweise ungewöhnlich kalte Klimazonen seit dem Pleistozän (vor 2,6 Millionen bis 11.700 Jahren) den Zyklus der periodischen Zikaden erheblich verlängert, wodurch die Nymphen eine größere Chance haben, im relativ warmen Untergrund zu bleiben und gelegentlichen verheerend kalten Sommern zu entgehen. Beispielsweise kann durch einen derart großen Zyklus eine Hybridisierungsdepression zwischen der 13- und der 17-Jährigen vermieden werden. Wenn es keinen anormalen Klimawandel gibt, wird es 221 Jahre dauern, bis sich der 13- und der 17-jährige Zikadenzyklus überschneiden.

Auch die unbewaffnete periodische Zikade, die über kaum Selbstverteidigungsfähigkeiten verfügt, ist im Wettlauf der Evolution keineswegs ein Schwächling.

Eine Zikade häutet sich | Russkiypimp / Wikimedia Commons

Im Sommer legt die Siebzehnjährige Zikade ihre Eier bevorzugt auf zarten Zweigen ab, wodurch sie aktiven Fressfeinden an der Oberfläche aus dem Weg geht. Etwa sechs Wochen später fallen die aus den Eiern geschlüpften Nymphen wieder auf den Boden zurück, graben sich in die Erde ein und suchen nach jungen Wurzelspitzen, um dort eine kleine Menge Nahrung zu finden. Wenn er größer wird, gräbt er sich tiefer in den Boden, findet und hält die Hauptwurzel, dringt mit seinen Mundwerkzeugen in das Holz ein und saugt den Saft.

Bis der Sommer wieder kommt, brechen Billionen von Zikaden aus dem Boden aus und verursachen mit ihrem Lärm und ihrer großen Zahl erneut Verkehrsbehinderungen, die jeden schockieren, der sie vergessen hat oder sie zum ersten Mal sieht.

Wischen Sie nach links, um die Ankunft der 17-jährigen Zikade zu erleben | Chip Somodevilla (2021)

Und in diesem Monat kommt der Sommer der Siebzehnjährigen Zikaden.

Autor: Onkel Zhong

Herausgeber: Jiang Beau, Calendar Girl