Почему периодические цикады появляются строго каждые 13 или 17 лет

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Статья | Флора и фауна

Периодические цикады, обитающие на востоке Северной Америки, обладают одной из самых необычных стратегий выживания в мире насекомых. В отличие от обычных цикад, которые появляются каждый год, эти виды, принадлежащие к роду Magicicada, проводят почти всю свою жизнь под землёй — ровно 13 или 17 лет — и лишь затем массово выходят на поверхность. Именно такая строгая периодичность и вызывает наибольшее удивление: почему именно эти два числа, а не 12, 15 или 10 лет?

Автор: Resqgal Источник: commons.wikimedia.org

Большую часть жизни нимфы цикад проводят под землёй, питаясь соком корней лиственных деревьев. Они развиваются очень медленно, а их выход на поверхность происходит синхронно в огромных количествах — иногда миллиарды особей на относительно небольшой территории. Взрослые цикады живут всего несколько недель. Они спариваются, самки откладывают яйца в ветки деревьев, после чего погибают. Вылупившиеся личинки падают на землю, зарываются и начинают новый многолетний цикл.

Главная причина такой продолжительной подземной жизни и точной периодичности связана с защитой от хищников. Когда цикады наконец появляются, их настолько много, что птицы, рептилии, млекопитающие и даже собаки просто не в состоянии съесть всех. Это явление получило название «насыщение хищников». Хищники наедаются до отвала, а значительная часть цикад успевает отложить яйца. Стратегия «слишком много для всех» работает только при массовом и синхронном появлении.

Brood X
Автор: G. Edward Johnson Источник: commons.wikimedia.org

При этом периодические цикады не появляются все разом каждые 13 или 17 лет. У них есть две отдельные параллельные группы. Одни популяции живут по 13-летнему циклу и выходят на поверхность каждые 13 лет. А другие — по 17-летнему циклу. Эти популяции живут в разных регионах востока США и почти не пересекаются по времени выхода. Внутри каждой группы все особи одного выводка синхронизированы практически идеально. Миллиарды нимф одновременно выходят из земли в один и тот же год. При этом каждое поколение имеет свой номер и свой год выхода. Например, Brood XIX — это 13-летний, выходит примерно в 2024, 2037, 2050 и т. д., а Brood XIII — это 17-летний и выходит в 2024, 2041, 2058 и т. д.

Однако иногда (например, в 2024 году) происходит редкое совпадение, когда 13-летний и 17-летний выводки выходят в один и тот же год, а в отдельных местах их ареалы частично перекрываются.

Карта по округам, где и когда будут появляться потомства цикад (по состоянию на 2024 год)
Автор: Andrew M. Liebhold, Michael J. Bohne, and Rebecca Источник: commons.wikimedia.org

Но почему же именно раз в 13 и 17 лет? Оба эти числа — простые. Это свойство делает такие циклы эволюционно выгодными. Если бы цикады выходили, например, каждые 12 лет, то хищник с 2-летним, 3-летним, 4-летним или 6-летним циклом мог бы «подстроиться» под них. Его вспышки численности совпадали бы с появлением цикад почти каждый раз. В результате давление хищников на цикад было бы постоянным и очень сильным.

С простыми числами такая синхронизация практически невозможна. Например, при 17-летнем цикле хищник с 5-летним периодом встретится с цикадами лишь раз в 85 лет. Хищник с 3-летним циклом — раз в 51 год. Чем меньше общих делителей, тем реже совпадения. Математические модели и компьютерные симуляции, проведённые биологами и математиками (включая работы по взаимодействиям «хищник — жертва»), показывают, что именно простые числа в диапазоне примерно 10-20 лет дают наибольшую защиту от хищников при сохранении стратегии массового выхода. Это не просто любопытное совпадение, а результат естественного отбора, где популяции с такими циклами получали преимущество в выживании.

Автор: Pmjacoby Источник: commons.wikimedia.org

Кроме того, длинный подземный период сам по себе снижает вероятность встречи с хищниками в уязвимые годы (например, холодные или засушливые сезоны). А использование простых чисел дополнительно минимизирует шансы на регулярное совпадение с циклами любых потенциальных преследователей.

Есть ещё одна важная деталь. У периодических цикад присутствует внутренний «счётчик» сезонов (основанный, вероятно, на накоплении тепла и других сигналах), который позволяет даже ослабленным или хорошо накормленным нимфам синхронизироваться и выходить именно в запланированный год. Именно это обеспечивает ту самую массовость, без которой стратегия не сработала бы.

Ранее выдвигались и другие гипотезы, например, что длинный цикл связан исключительно с климатом ледникового периода или с медленным ростом деревьев-хозяев. Однако эти объяснения не отвечают на главный вопрос: почему именно 13 и 17 лет. Современные модели показывают, что именно сочетание массового выхода и простых чисел даёт максимальное эволюционное преимущество.

Автор: James St. John Источник: commons.wikimedia.org

Таким образом, строгая периодичность в 13 и 17 лет — это не случайность и не «математическая прихоть» природы. Это результат длительного естественного отбора, в ходе которого выживали и оставляли больше потомства именно те популяции, чьи циклы были наименее предсказуемы для хищников. Появляясь редко, массово и в «простые» интервалы, периодические цикады превратили свою уязвимость в одно из самых эффективных средств выживания среди насекомых.

Изображение в превью:
Автор: Resqgal
Источник: commons.wikimedia.org
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

1 комментарий

d
Математика, однако. И тут.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор наушников Anker Soundcore Liberty Buds с LDAC и активным шумоподавлением

Anker Soundcore Liberty Buds — новые беспроводные наушники с рядом интересных функций: адаптивный режим шумоподавления, встроенный ИИ-ассистент и переводчик, поддержка высокого качества...

Толпы туристов и жесткие правила: как живет самый священный остров Японии

В каждом туристической листовке, связанной с Японией, обычно можно увидеть два объекта: гору Фудзияма и насыщенного алого цвета врата тории, словно парящие над водой. Именно о вторых и пойдет речь,...

Устаревшая идея или недопонятая реальность? Спор об эфире в физике и его ирония

Представим себе открытый космос. Пусть расстояния от планет будут такими, чтобы количества овеществленной материи явно не хватало для того, чтобы любая магнитная волна передавалась через...

Малахит, Лазурит, Тигровый глаз, два авантюрина: российский часовой бренд представляет новые механические часы

Продолжение «каменной коллекции» выпустила компания Briller, и на этот раз часы получили механизм с ручным заводом. Уточнение это имеет значение, так как коллекция - скорее продолжение...

«Волна» 1954 года: магнитофон, у которого не было ни двигателя, ни блока питания

У этого магнитофона-приставки не было собственного двигателя, чтобы вращать катушки, и блока питания тоже не было. Чтобы работать, он «паразитировал» на других устройствах, причем сразу двух....

Заложники гигантомании: почему мировая логистика больше не справляется с мегасудами

Морская контейнерная перевозка давно стала артерией глобальной торговли. Более 80% мировой торговли по объёму перемещается по морю, и в последние десятилетия отрасль пережила настоящую революцию...