تحمي الأعداد الأولية Brood X cicadas من كل شيء ما عدا فطر الزومبي

بالعربي/ لا تظهر السيكادا الدورية إلا كل 13 إلى 17 عامًا ، وهي خدعة قد تمنع الحيوانات المفترسة من التكيف مع وليمة الحشرات. لكن فطرًا واحدًا لا يردعه.

بعد قضاء 17 عامًا تحت الأرض ، ستظهر تريليونات من حشرات السيكادا هذا الربيع لتطلق صرير أغاني التزاوج الممزقة للأذن وجذوع الأشجار المكسوة بجلدها المخيف.

إنه أمر غريب بما فيه الكفاية أن Brood X ، كما هو معروف هذا التدفق الهائل من السيكادا ، تمكنت بطريقة ما من الظهور كلها في نفس الوقت بعد ما يقرب من عقدين من الزمن تحت التربة. والأغرب من ذلك هو أن السيكادا قد تستخدم الرياضيات لحماية نفسها من الحيوانات المفترسة – حسنًا ، معظم الحيوانات المفترسة. بغض النظر عن ما تفعله هذه السيكادا ، فإنها لا تزال عرضة للفطر الذي يحولها إلى زومبي بأعقاب متحللة.

إذا كان هذا يبدو كثيرًا ، حسنًا … هو كذلك. اتضح أن ظهور السيكادا المتوقع في شهر مايو هو قصة تشمل التطور والرياضيات وبعض الطفيليات الجسيمة.أغلق0 seconds of 1 minute, 41 secondsالحجم 0٪تشغيل الصوت

هناك العديد من أنواع الزيز ، وكلها لها دورات حياة تحدث جزئيًا تحت الأرض وجزئيًا فوق سطح الأرض. تظهر بعض الأنواع كل عام ، والبعض الآخر يظهر كل بضع سنوات. ولكن بعد ذلك ، هناك سبعة أنواع من غريب الأطوار الحقيقي: السيكادا الدورية ، وجميعها لها أنماط ظهور لمدة 13 عامًا أو 17 عامًا. تعتبر هذه السيكادا الدورية نوعًا محبوبًا من علماء الحشرات وعلماء الرياضيات على حد سواء ، لأنه قد لا يكون من قبيل المصادفة أن يكون كلا من 13 و 17 عددًا أوليًا.

الرياضيات

يتم تصنيف السيكادا الدورية في الحضانات المسمى بالأرقام الرومانية ، بناءً على مكان ظهورها ومدة دورات حياتها. يحدث بعضها في مناطق صغيرة نسبيًا. على سبيل المثال ، يخرج Brood I في فرجينيا وويست فيرجينيا كل 17 عامًا.

الحضنة التي من المقرر أن تظهر هذا العام ، مع ذلك ، كبيرة. ظهرت الحضنة X ، المعروفة أيضًا باسم “الحضنة الشرقية الكبرى” ، في عام 2004. يسكن أعضاء هذه الحضنة مقاطعة كولومبيا و 15 ولاية: ديلاوير ، جورجيا ، إلينوي ، إنديانا ، كنتاكي ، ميريلاند ، ميشيغان ، نيو جيرسي ، نيويورك ، كارولينا الشمالية ، أوهايو ، بنسلفانيا ، تينيسي ، فيرجينيا وويست فيرجينيا.

تبدأ دورة حياة الزيز الدورية في الأشجار. يضع الآباء البيض في أغصان الأشجار. قال جو بالينجر ، عالم الحشرات وطالب الدكتوراه في جامعة وايومنغ ، إن الفتى الصغير ، ثم “نوع من الكوماندوز ينزل ويحفر حتى الجذور”. هناك ، يتغذون على عصارة الأشجار “حتى يكبروا بما يكفي للقيادة”.

قال بالينجر لـ Live Science ، إنه من الغريب أن تكاثر الفراخ تتطور تحت الأرض بمعدلات مختلفة. إذا قام شخص ما بالحفر بحثًا عن حوريات الزيز بعد عقد من ذهاب الحضنة تحت الأرض ، فسيجد حوريات بأحجام مختلفة ومراحل مختلفة من التطور. بحلول عام 16 ، ستكون جميع حوريات الزيز في نفس المرحلة. بطريقة ما – ولا أحد يعرف كيف – يعرف أسرع المطورين الانتظار ، والأبطأ في اللحاق بالركب. 

في العام 17 ، تصبح الأمور مثيرة. عندما ترتفع درجة حرارة التربة إلى 64 درجة فهرنهايت (17.8 درجة مئوية) ، يخترق السيكادا الأرض ويذوب ثم يهتم بحثًا عن رفقاء. والنتيجة مذهلة: الدروع المتساقطة عالقة في كل شيء ، ونداءات صاخبة تملأ الهواء ، وتطيير الحشرات الخرقاء التي تصطدم مباشرة بالمارة الأبرياء. عندما كان طفلاً في ولاية أيوا ، رأى بالينجر ذات مرة غزالًا مغطى بالسيكا لمجرد أن الحشرات كانت في كل مكان وليست من الصعب إرضاءها بشكل خاص بشأن مكان تواجدها.

إن العدد الهائل من السيكادا الناشئة دفعة واحدة هو عامل وقائي. إنها استراتيجية تسمى إشباع المفترس. في الأساس ، يمكن للطيور والحيوانات المفترسة الأخرى أن تحجب أكبر عدد تريده من السيكادا ، وهذا لا يهم حقًا ؛ هناك الكثير لدرجة أن الحشرات ستظل قادرة على التكاثر بأعداد ضخمة.

قد تؤدي فترة التكرار الطويلة أيضًا إلى إعاقة الحيوانات المفترسة. على سبيل المثال ، يبلغ عمر أقدم روبينز في البرية حوالي 5 أو 6 سنوات. هذا يعني أن ظهور الزيز لمدة 17 عامًا هو شيء قد تتغذى به جدة روبن أحفادها ، لكن تلك الأحفاد قد تعيش وتموت دون رؤية مثل هذا العيد.

وبعبارة أخرى ، فإن مكاسب الزيز نادرة جدًا بحيث لا يمكن للروبينات أن تتطور حقًا للاستفادة منها. وينطبق الشيء نفسه على الحيوانات المفترسة الأخرى ، بما في ذلك بعض الدبابير المفترسة التي تلتقط السيكادا وتشلها وتضع بيضها بداخلها. قال بالينجر لـ Live Science إن الدبابير تنتج فقط الكثير من البيض ، وظهور الزيز أمر غير معتاد لدرجة أن الدبابير لا يمكنها ببساطة أن تتطور لإنتاج المزيد من البيض في تلك السنوات.

لكن تكرار ظهور الزيز على مدى 13 و 17 عامًا قد يكون استراتيجية أكثر ذكاءً. كل من 13 و 17 عدد أولي ، مما يعني أنهما لا يقبلان القسمة إلا على 1 وعلى أنفسهما. وهذا يعني أن حالات الطوارئ نادرًا ما تتداخل مع دورات أعداد الحيوانات المفترسة التي تحدث في فترات زمنية أقصر. على سبيل المثال ، إذا ظهرت السيكادا كل 10 سنوات ، فإنها ستكون عرضة للحيوانات المفترسة التي ازدهر عدد سكانها في دورة مدتها سنة أو سنتين أو خمس أو 10 سنوات. إذا خرجوا كل 12 عامًا ، فسيكونون وجبة خفيفة لذيذة لأي حيوان مفترس في دورة مدتها عام أو عامين أو ثلاثة أو أربعة أو ستة أو 12 عامًا. ثلاثة عشر عاما ، رغم ذلك؟ واحد فقط و 13. الشيء نفسه ينطبق على دورة مدتها 17 عامًا.Advertisement

قام جلين ويب ، عالم الرياضيات البيولوجية بجامعة فاندربيلت في ولاية تينيسي ، بعمل نماذج رياضية تشير إلى أنه إذا لم تستخدم السيكادا الدورية دورات الأعداد الأولية ، فإنها ستنخفض بشكل كبير في الأرقام أو تنقرض. في ورقة بحثية نُشرت عام 2001 في مجلة Discrete & Continuous Dynamical Systems ، قارن Webb البقاء على قيد الحياة في دورات تتراوح من 10 إلى 18 عامًا. كان أداء الدورات من 13 إلى 17 عامًا هو الأفضل ، مما أسفر عن استقرار عدد السكان. أدت خيارات الدورة الأخرى إلى انخفاضات ، وأدت دورات 10 و 12 و 18 عامًا إلى خسائر فادحة في عدد السكان أو حتى الانقراض.

لا يتفق الجميع على أن هذه النماذج صحيحة ، كما قال ويب لـ Live Science ، ولكن وفقًا لحساباته ، يبدو أن دورات المفترس التي تحدث كل سنتين إلى ثلاث سنوات تحدث فرقًا كبيرًا في بقاء الزيز.

قال “إنه جدل”. “ولا أعرف متى سيتم تسويتها ، لأنه ليس من السهل إجراء التجارب أو جمع البيانات.”

التفوق على البشر ، الوقوع في الفطريات 

يكمن التحدي في أن دورات الحياة الطويلة لحشرات السيكادا الدورية لا تتوافق بشكل جيد مع حياة العلماء البشريين. يكون معظم طلاب الدكتوراه في أواخر العشرينات أو الثلاثينيات من العمر بحلول الوقت الذي ينهون فيه برامجهم ، ويجب على العديد منهم الاستمرار في العمل في مختبر شخص آخر كباحثين في مرحلة ما بعد الدكتوراه. قد يكون عالم الحشرات المحب للزيز قد يبلغ من العمر 40 عامًا بحلول الوقت الذي يتم فيه إعداد برنامج البحث الخاص به في دراسات الزيز الدورية. لنفترض أن باحثًا يبلغ من العمر 40 عامًا درس أول ظهور لـ Brood X هذا العام. سيكونون بعمر 57 عامًا في المرة القادمة التي تظهر فيها الأخطاء حتى يتمكنوا من جمع جولتهم الثانية من البيانات ثم … drat ، 74 ومن المحتمل أن يتقاعدوا. إنه ليس جدولًا يعمل جيدًا في نموذج النشر أو الهلاك في الأوساط الأكاديمية.Advertisement

وبالتالي ، فإن العديد من دراسات الزيز هي مشاريع جانبية غير ممولة ، كما قال بالينجر. وقال “حقيقة أننا لا نستطيع معرفة الكثير عنهم تخلق الكثير من الغموض”.

لذلك ربما تستخدم السيكادا الأعداد الأولية لحماية نفسها ، أو ربما لا تستخدم. لكن هناك حيوان مفترس واحد لا يتفوقون عليه بالرياضيات: مجموعة من الفطريات تسمى Massospora.

Massospora مخيفة حقًا. تصيب الجراثيم المستريحة من الفطريات السيكادا لأنها تحفر خارج التربة في أوائل الربيع. تبدو السيكادا المصابة طبيعية في البداية ، لكن الفطريات سرعان ما تستعمر نهاياتها الخلفية ، وتحولها إلى كتلة من الجراثيم (وبالتالي الاسم). قال بريان لوفيت ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة وست فيرجينيا ، والذي يدرس الفطريات المدمرة للحشرات ، إن حشرات السيكادا لا تموت. بدلاً من ذلك ، يستمرون في التحرك ، وإلقاء أبواغ جديدة أينما ذهبوا.

قال لوفيت لـ Live Science: “سنصفهم في مختبرنا بأنهم ملاحون طائرون للموت”.

يجرّع الفطر السيكادا المصابة بأمفيتامين يسمى الكاثينون ، والذي يوجد أيضًا في نبات القات. من المحتمل أن يكون هذا المركب مصنوعًا من الفطريات نفسها (على الرغم من أن الباحثين ليسوا متأكدين مما إذا كان الفطر قد يحفز السيكادا على صنع المادة) ويبدو أنه يبقي الحشرات في حالة تأهب بما يكفي للاستمرار في التنقل حتى مع ذوبان نهاياتها الخلفية. كما أن للفطر تأثير غريب على ذكور السيكادا التي تصيبه: فبدلاً من الطيران والدعوة إلى رفقاء ، تبدأ ذكور السيكادا في التصرف مثل الإناث ، وتحرك أجنحتها بطريقة تشير إلى تقبلها لذكر غرامي.Advertisement

قال لوفيت: “منذ أن أصيب النصف الخلفي من الجسم بالجراثيم ، فبدلاً من التزاوج مع السيكادا [الذكور الذين يقتربون] يصابون بالفطر”.

قال لوفيت إنه من المحتمل أن ينتج الفطر مركبًا يقوم بتشغيل هذا السلوك الأنثوي. من الممكن أيضًا أن يكون هذا مجرد عرض جانبي لتفكك الأعضاء التناسلية للذكور والذي يفيد أيضًا الفطريات.المحتوى ذو الصلة

لا تصيب ماسوسبورا السيكادا الدورية فحسب ؛ كما أنهم يحبون السيكادا السنوية. هذا يعني أنهم لم يقنعهم دورات 13 أو 17 سنة. قال لوفيت إن هذه النتوءات الضخمة في أعداد الزيز هي نعمة للفطريات ، ومن المحتمل أن تكون نسبة كبيرة من سكان الزيز مصابة بنهاية الموسم. ومع ذلك ، لا يزال شبع المفترس قائما. هناك الكثير من السيكادا أكثر مما يمكن أن تصيبه الجراثيم قبل انتهاء موسم التزاوج بحيث تظل أعداد السيكادا الإجمالية قوية. 

يعمل لوفيت وزملاؤه على التسلسل الجيني لأنواع ماسوسبورا لفهم كيفية ارتباطها وكيفية تطورها مع مضيفي الزيز. إنهم يحاولون أيضًا معرفة ما إذا كان الفطر ينتج الأمفيتامين وكيفية إنتاجه والتغيرات السلوكية في ذكور السيكادا. نظرًا لأن الفطريات تصيب بشكل ملائم السيكادا التي تظهر كل عام ، فمن السهل التحقيق في هذه الأسئلة. من ناحية أخرى ، قد يتمسك Brood X بأسراره في المستقبل.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com