17年蟬之謎

揭開十七年蟬的奧秘
楊平世（國立台灣大學昆蟲系教授）

　　在台灣，每年一到夏天，校園、公園及郊區的林子裡，到處都是蟬鳴的聲音；而在美國，蟬聲雖然沒有台灣及熱帶地區那麼嘹亮，但有一種「十七年蟬」，一旦大發生時，數量每每數以億計，令人嘖嘖稱奇！為什麼生活在台灣的蟬，完成一代只要一至五年的時間，而這種蟬竟要花費十七年的工夫才能完成一個世代？另外，為什麼有十七年蟬大發生之二○○四年，光是在辛辛那提一地就出現了五十億隻？在《十七年蟬之謎》這本書中，日本留美昆蟲學家吉村仁先生將為讀者揭開謎底。

　　吉村仁先生曾於一九九六年在《美國自然學家》期刊發表論文，本書便是以這篇論文為藍本所改寫的科普書。在這本書中，吉村仁以通俗有趣的方式敘述十七年蟬的生活史，以及牠們如何歷經冰河時期、經過一次次艱辛的演化過程，才發展出這種特殊的生活史策略。

　　書中向大家介紹這種「週期蟬」的發育過程、生活習性及特殊的群聚行為，而且每一章都配上趣味的插畫，引人入勝。其次，吉村仁提到氣溫與十七年蟬發育過程的關係，並討論冰河時期十七年蟬「祖先蟬」的存續問題，以及部分族群如何適應環境、找到避難所繼續演化；最後也探討倖存者出現各種不同週期長度的生活史後，又是如何透過雜交，最後產生週期為十三年及十七年的「質數」蟬。在書中，吉村仁藉由有趣的「數學模式」，解析十七年蟬的生活史和演化過程的奧秘。

　　如今，十七年蟬仍在北美洲自由自在生活，牠們的演化步伐也依然持續進行。然而，現在地球正面臨暖化問題，牠們的生活史策略會發生變化嗎？牠們族群延續的命運又是如何？這都有待讀者的深思！

傳達演化過程的難解之謎

陳振祥(蟬類研究專家)

　　蟬是生態環境中一種有趣的昆蟲，其生活史相當漫長，幼生期生活在土裡，歷經數年才出土羽化成蟲。一般而言可能在六年以上，大部分的時間是生活在土裡，出土後的成蟲期可能只有數週或數個月的時間。蟬的生活史通常有一個範圍，例如五到九年，成蟲可能在第五年出來，也可能在六到九年間出來。但在北美洲有生活史時間完全一致的蟬，叫做「週期蟬」，生活史有十三年及十七年兩種，稱做十三年蟬及十七年蟬。週期蟬在美國形成一個特別的蟬文化，研究週期蟬的學者也相當多。

　　週期性的生活史是長期演化出來的結果，但為何會演化成十七年及十三年呢？相關的假說不少，不過演化能看到的是結果，但過程可能經歷數百萬年甚至數億年，要重現演化的過程並不容易。本書則提供了一個有趣的「質數蟬」假說，即演化的初期歷經冰河期，出現了許多種週期蟬，有十三年、十四年、十五年、十六年、十七年、十八年蟬等，其中十三及十七是質數（質數是只能被一及本身整除的數字）。這些不同的週期蟬會以各自的週期出現，如果兩種不同的週期蟬在同一年出現，而且彼此雜交，產生的子代會出現與親代不同的生活史，數量也會變少，長期演化下來，就只留下不常雜交的「質數蟬」了。在書中，作者將這些演化過程做了很有條理的分析，對一連串的數學問題也做了很好的解釋，無疑提供一個解釋週期蟬的答案。

　　然而，演化過程真的如同質數蟬的推論嗎？有些學者持比較保留的態度。事實上，週期蟬的「大演化」（macroevolution）＊過程不容易重現，尋找證據也是困難重重；那麼「小演化」過程（microevolution）呢？科學家確實已找到一些現有的證據，來推論週期蟬的生活史演變，像是十七年蟬有可能因氣候的巨大變異而轉變為十三年蟬，而十三年蟬也可能因為某些效應演化成十七年蟬。還有，週期蟬彼此雜交並不一定造成族群數量的減少或滅絕，雜交造成的基因交流有可能使兩種蟬變為一種，也可能形成新的種。

　　一個種的演化過程都須經歷數百萬年，因此不只十七年蟬充滿謎團，「演化」本身就是一個難解的謎，這也是本書想要傳達的意義吧！

　　大演化是指「種」以上的演化，討論的事不同種生物的差異，而小演化則指「種」以下的演化，造成同種生物的差異。