Periodične cikade

Trinaest ili sedamnaest godina žive pod zemljom, a onda u istom tjednu izađu milijuni njih i šume zaglušno zapjevaju. Zašto su obje brojke prosti brojevi, znanstvenici se pitaju više od pola stoljeća.

Ukratko

  • Periodične cikade roda *Magicicada* žive na istoku Sjeverne Amerike, a ličinke im provode 13 ili 17 godina pod zemljom, hraneći se sokom iz korijenja drveća.
  • Sve cikade jednog legla izađu iz zemlje u istoj godini, u nekoliko dana, i do milijun i pol na jednom jutru zemlje.
  • Trinaest i sedamnaest prosti su brojevi, a prema najpoznatijim objašnjenjima takvi ciklusi pomažu cikadama izbjeći grabežljivce ili križanje s drugim leglima.
  • Kako ličinke pod zemljom broje godine, djelomično je otkriveno pokusima, ali zašto su ciklusi baš takvi, nije konačno dokazano.

U svibnju 2024. u Illinoisu se dogodilo nešto što se nije dogodilo od 1803. Iz zemlje su u isto vrijeme izašla dva legla periodičnih cikada: jedno koje se pojavljuje svakih sedamnaest godina i drugo koje se pojavljuje svakih trinaest. Na nekim mjestima tlo je bilo izbušeno rupicama kao sito, stabla su bila prekrivena odbačenim kožicama ličinki, a pjesma mužjaka danima je ispunjavala šume i naselja. Sljedeći put ta će se dva legla zajedno pojaviti tek 2245.

Sedamnaest godina u mraku

Periodične cikade su kukci veličine palca, crnog tijela i jarkocrvenih očiju. Postoji sedam vrsta: tri sa sedamnaestogodišnjim i četiri s trinaestogodišnjim ciklusom. Gotovo cijeli život, više od 99 posto, provedu kao ličinke pod zemljom, gdje sišu sok iz korijenja drveća.

Kad dođe njihova godina, u kasno proljeće, ličinke čekaju da se tlo na dubini od dvadesetak centimetara zagrije na oko 18 °C. Tada izađu, sve u nekoliko noći, popnu se na debla i presvuku se u odrasle kukce. Odrasle cikade žive samo četiri do šest tjedana. Mužjaci pjevaju da bi privukli ženke, a ženke polažu jaja u tanke grančice. Ličinke koje se izlegu padnu na tlo, zakopaju se i za trinaest ili sedamnaest godina ciklus se ponavlja.

Američki entomolog Charles Lester Marlatt 1907. podijelio je cikade u legla označena rimskim brojevima, od I. do XVII. za sedamnaestogodišnja i od XVIII. do XXX. za trinaestogodišnja. Danas se zna za petnaestak legala koja još postoje. Leglo XI. iz Connecticuta posljednji je put viđeno 1954. i smatra se izumrlim. Najpoznatije je leglo X., koje je izašlo 2021. na velikom području oko Washingtona i ponovno će izaći 2038.

Prvi europski doseljenici nisu znali što su ti kukci. U kronici kolonije Plymouth zapisano je da se tridesetih godina 17. stoljeća pojavilo mnoštvo kukaca koje su doseljenici smatrali skakavcima, pa se cikade u Americi i danas često zovu tim imenom.

Sigurnost u mnoštvu

Prvi dio zagonetke dobro je objašnjen. Cikade se ne skrivaju i ne brane: sporo lete i lako ih je uhvatiti. Ptice, vjeverice, zmije i psi jedu ih koliko mogu. Ali kad ih izađe milijun i pol na jednom jutru zemlje, grabežljivci se brzo zasite, a većina cikada preživi i razmnoži se. Biolozi to zovu zasićenjem grabežljivaca. Zato je važno da sve cikade izađu zajedno: cikada koja izađe godinu ranije ili kasnije bila bi sama i brzo pojedena.

Zašto prosti brojevi

Drugi dio je teži. Prosti broj je onaj koji je djeljiv samo s jedan i samim sobom. Prema prvoj hipotezi, ciklus s prostim brojem godina štiti cikade od grabežljivaca i nametnika s kraćim ciklusima. Grabežljivac kojemu se broj jedinki povećava svake dvije ili tri godine s cikadom od dvanaest godina poklapao bi se svaki put, a sa sedamnaestogodišnjom tek svakih 34 ili 51 godinu. Čileanski matematičar Eric Goles i suradnici pokazali su 2001. u računalnom modelu da se u takvim uvjetima sami od sebe razvijaju ciklusi od prostih brojeva godina.

Druga hipoteza, koju je 1997. iznio japanski biolog Jin Yoshimura, povezuje cikade s ledenim dobima. U hladnim razdobljima ličinke su se razvijale sporije, a cikada je bilo malo, pa su opstajala samo legla koja izlaze u velikom broju. Ako bi se dva legla s različitim ciklusima križala, potomci bi izlazili u pogrešnim godinama i bili pojedeni. Legla s ciklusima od prostih brojeva rijetko se susreću: trinaestogodišnje i sedamnaestogodišnje leglo zajedno izlaze tek svakih 221 godinu. Tako su, prema toj hipotezi, ostala čista.

Obje hipoteze imaju zagovornike, a možda djeluju i zajedno. Nijedna se ne može provjeriti pokusom koji bi trajao tisućama godina.

Kako broje godine

Treći dio zagonetke je kako ličinka u mraku zna da je prošlo baš sedamnaest godina. Američki ekolog Richard Karban i suradnici 2000. su promijenili su godišnji ritam mladih stabala na kojima su živjele ličinke i posebnim ih uvjetima natjerali da dvaput godišnje prolistaju i odbace lišće. Cikade su izašle ranije nego što bi trebale. Zaključili su da ličinke ne mjere vrijeme, nego broje godišnje cikluse drveta iz čijeg korijenja sišu sok. Kako točno to čine, i dalje se istražuje.

Kronologija

  1. 1630-ih: U koloniji Plymouth zabilježena je pojava mnoštva kukaca koje su doseljenici smatrali skakavcima.
  2. 1907.: Charles Lester Marlatt dijeli periodične cikade u numerirana legla.
  3. 1954.: Leglo XI. posljednji put viđeno u Connecticutu.
  4. 1966.: Monte Lloyd i Henry Dybas objavljuju temeljni rad o ekologiji periodičnih cikada.
  5. 1997.: Jin Yoshimura povezuje cikluse od prostih brojeva s ledenim dobima.
  6. 2000.: Richard Karban i suradnici pokazuju da ličinke broje godišnje cikluse drveća.
  7. 2001.: Eric Goles i suradnici objavljuju model u kojem se razvijaju ciklusi od prostih brojeva.
  8. 2021.: Izlazi leglo X. oko Washingtona.
  9. 2024.: Legla XIII. i XIX. izlaze zajedno, prvi put od 1803.

Ključne osobe

  • Charles Lester Marlatt: Američki entomolog koji je periodične cikade podijelio u numerirana legla.
  • Monte Lloyd: Američki ekolog koji je s Henryjem Dybasom postavio temelje proučavanja periodičnih cikada.
  • Henry Dybas: Američki entomolog, suautor temeljnih radova o periodičnim cikadama.
  • Jin Yoshimura: Japanski biolog koji je cikluse cikada povezao s ledenim dobima.
  • Eric Goles: Čileanski matematičar koji je modelom pokazao kako se razvijaju ciklusi od prostih brojeva.
  • Richard Karban: Američki ekolog koji je pokusom pokazao kako ličinke broje godine.

Što se zna

  1. Postoji sedam vrsta periodičnih cikada, tri sa sedamnaestogodišnjim i četiri s trinaestogodišnjim ciklusom.
  2. Ličinke žive pod zemljom i hrane se sokom iz korijenja drveća.
  3. Cikade izlaze kad se tlo na dubini od dvadesetak centimetara zagrije na oko 18 °C.
  4. Na jednom jutru zemlje može izaći više od milijun i pol cikada.
  5. Legla XIII. i XIX. izašla su zajedno 2024., prvi put od 1803.
  6. Pokusi su pokazali da ličinke broje godišnje cikluse drveća, a ne protok vremena.

Otvorena pitanja

  • Jesu li ciklusi od prostih brojeva nastali zbog grabežljivaca, zbog ledenih doba ili zbog obojega?
  • Kako točno ličinke prepoznaju i broje godišnje cikluse drveća?
  • Zašto neka legla izumiru, kao leglo XI. u Connecticutu?

Teorije

  • Ciklusi od prostih brojeva izbjegavaju grabežljivce s kraćim ciklusima
  • Ciklusi su nastali u ledenim dobima i sprečavaju križanje legala
  • Djelovali su i grabežljivci i križanje legala

Povezane priče

Za daljnje istraživanje

Izvori