懂?dāng)?shù)學(xué)的蟬

袁越

夏天是屬于蟬的季節(jié)，蟬的叫聲是每個(gè)慵懶夏日的背景音樂(lè)。但是，美國(guó)有一種蟬，每17年才叫一次，像鐘表一樣準(zhǔn)確。 這種蟬總是在5月下旬開(kāi)始破土而出，沿著樹(shù)干爬到高處，發(fā)出瘋狂的求偶叫聲。它們必須抓緊時(shí)間找到伴侶，因?yàn)榇笞匀涣艚o它們的交配時(shí)間只有一個(gè)星期。之后，雌蟬把卵產(chǎn)在樹(shù)干內(nèi)便死掉了。經(jīng)過(guò)2～8周的孵化，幼蟲(chóng)破殼而出，掉到地上，鉆進(jìn)土壤，依附在大樹(shù)的根部，一邊吸食植物汁液，一邊等待時(shí)機(jī)再次破土而出。

這一等就是16年。

除了這種17年蟬，還有一種周期為13年的蟬，科學(xué)家把這兩種奇怪的蟬統(tǒng)稱為“周期蟬”。

其實(shí)，17年蟬早在第8年的時(shí)候就已經(jīng)完全成熟了，但它們體內(nèi)似乎有個(gè)鐘表，不斷提醒它們要耐心等待。直到第17年的那個(gè)夏天，蟬們好像約好了似的，一起沖出地面，完成新的一輪生命周期。

這種蟬為什么選擇在地下生活那么多年？原來(lái)，周期蟬最早出現(xiàn)在大約180萬(wàn)年前，那個(gè)時(shí)候北美正處于冰河期，氣候極不穩(wěn)定，經(jīng)常會(huì)遇到冷夏。成年蟬需要很高的氣溫，假如它們出土后正好遇到低溫，就死定了?？茖W(xué)家經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，假如在l000年的時(shí)間里每50年出現(xiàn)一次冷夏，那么7年蟬的成活率是7%，11年蟬的成活率是51%，17年蟬則是96%。顯然，周期越長(zhǎng)，成活率就越高。

周期蟬的周期為什么總是質(zhì)數(shù)？

眾所周知，質(zhì)數(shù)是除了它自己和1以外無(wú)法被任何整數(shù)整除的數(shù)。有一種理論認(rèn)為，周期蟬為了避免相互爭(zhēng)奪糧食，便進(jìn)化出質(zhì)數(shù)周期，減少了相遇的次數(shù)。比如13年蟬和17年蟬每221年（13乘以17）才會(huì)同時(shí)出現(xiàn)一次。

可是，這個(gè)理論禁不起推敲。13年蟬和17年蟬各自有自己的活動(dòng)區(qū)域，兩者很少重疊。另外，蟬的大部分時(shí)間都生活地下，相互爭(zhēng)奪最厲害的食物應(yīng)該是植物的根，這和它們的生命周期就沒(méi)什么關(guān)系了。

1977年，著名古生物學(xué)家史蒂芬·杰·古爾德提出一個(gè)新的假說(shuō)，認(rèn)為周期蟬這樣做是為了避開(kāi)自己的天敵。他指出，很多蟬的天敵也有自己的生命周期，假如周期蟬的生命周期不是質(zhì)數(shù)，那么就會(huì)有很多機(jī)會(huì)和天敵的周期重疊。比如12年蟬就會(huì)和周期為2、3、4、6年的天敵重疊，被吃的可能性就要大很多。

為什么目前發(fā)現(xiàn)的周期蟬只有13和17兩種？為什么大多數(shù)蟬的周期并不是這樣的？這些疑問(wèn)研究起來(lái)十分困難?？茖W(xué)家一直沒(méi)有找到周期蟬的天敵，能夠符合這個(gè)理論的前提條件。所以，只有先搞清周期蟬控制時(shí)間的原理，以及它們的遺傳方式，才有可能從根本上揭開(kāi)周期蟬的秘密。已經(jīng)有科學(xué)家利用1998年在密蘇里出現(xiàn)的那次罕見(jiàn)的重疊，讓13年蟬和17年蟬交配，看看它們后代的周期會(huì)變成怎樣。

但是，很顯然，這項(xiàng)研究需要很長(zhǎng)的時(shí)間，必須有足夠的耐心才行。

說(shuō)起來(lái)，周期蟬不能算是害蟲(chóng)，研究它的周期對(duì)人類(lèi)一點(diǎn)實(shí)際價(jià)值也沒(méi)有。不過(guò)，人類(lèi)的好奇心是無(wú)窮的，科學(xué)的發(fā)展就是這樣，一開(kāi)始也許只是出于好奇，但沒(méi)準(zhǔn)就能找到一個(gè)突破性的大發(fā)現(xiàn)。

（摘自生活·讀書(shū)·新知三聯(lián)書(shū)店《生命八卦》一書(shū)）