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

Что за странный выступ на территории Афганистана на востоке

Глядя на политическую карту мира, у многих стран замечаешь странные геометрические «узоры» линии границы, не всегда они определяются географическими особенностями местности. Есть свой необычный...

Обзор компактного трёхпортового внешнего аккумулятора со встроенным кабелем Ugreen PB727, а также кабеля Ugreen 240W со встроенным информационным дисплеем

Ugreen PB727 — это компактный и мощный трёхпортовый внешний аккумулятор ёмкостью 10000 mAh, оснащённый информационным экраном и встроенным USB-C кабелем. Автор: Ugreen Источник:...

Ученые научились выключать «гормон любви»: почему точечная блокировка окситоцина поможет в изучении мозга

Окситоцин и вазопрессин — это нейропептиды, которые выполняют ключевые функции в организме млекопитающих. Их эволюционная история насчитывает около 600 миллионов лет, и за это время они...

Призраков не существует: новая математическая структура объяснила эффект темной материи без невидимых частиц

Галактики вращаются слишком быстро. Окраины спиральных структур движутся с такой скоростью, что гравитация видимого вещества — всех существующих там звезд, планет и газовых...

Почему Трухильо называют городом вечной весны и стоит ли его посетить

Погода не устает мучить людей своими перепадами: летом становится невыносимо жарко, зимой заваливает снегом, и вообще хочется вечной весны с ее умеренными температурами, но это лишь мечты…...