「四年一檢」：研究揭開17年蟬出土的體重密碼

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週期蟬（Magicicada）以其罕見的生命史聞名──牠們在地下以若蟲狀態度過生命的 99.5%，長達 17 年，然後僅用短短四到六週完成地面上的交配與繁殖。這種極端的生命週期如何被精準控制，長久以來一直是昆蟲學的謎題。近期，來自日本與美國的跨國研究團隊，包括京都大學的研究者，提出一項新理論，認為蟬可能透過「四年一檢」的體重門檻來決定何時出土。研究成果已刊登於《英國皇家學會生物學報》。

研究團隊推測，蟬若蟲每四年檢查一次體重，若超過關鍵臨界值，便決定在隔年春天出土。為驗證這一假說，科學家們在美國東部不同蟬群棲地挖掘出 11 至 16 年齡的若蟲，並分析其生長、發育與基因表現。結果顯示，16 歲若蟲幾乎全部呈現紅眼，體重高於臨界值，顯示牠們正準備在翌年羽化。而同一批 12 歲若蟲中，也有少部分已紅眼且體型較大，似乎提前達到標準。相比之下，其他年齡的蟬，即使體重大，眼睛仍維持白色，顯示尚未啟動出土準備。


分別在12及16歲檢查自身體重 白目變紅目



研究團隊提出「四年檢查門檻」假說，認為 17 年週期蟬若蟲會在 12 歲或 16 歲時檢查自身體重，若超過臨界值便進入羽化準備，並在隔年春天於適宜氣溫下出土；
若未達標，則繼續保持若蟲狀態。圖中顯示了非檢查年份與檢查年份的差異，以及基因表現變化與眼睛顏色（白眼轉紅眼）所代表的生理進程。
圖／《英國皇家學會生物學報》


基因分析進一步揭示，紅眼若蟬已啟動與外部刺激反應及成蟲體型發展相關的基因，但真正與蛻皮、成蟲變態相關的基因，僅在第 17 年越冬後才被表達。這與研究假說相符，指出「體重門檻」是關鍵檢測點。

然而，最令人困惑的是，蟬如何「計數」這四年週期。研究者推測，或許存在一種類似表觀遺傳的週期機制，像時鐘般精準調控。研究團隊計劃進一步比較 13 年蟬與 17 年蟬的差異，推測兩者之間的基因成長速率差異，可能解釋為何需要四年差距才能達到臨界體重。

這項成果不僅為解開週期蟬的演化之謎提供線索，也深化了我們對長壽昆蟲如何平衡發育、環境與基因調控的理解。



資料來源 : 明日科學
https://tomorrowsci.com/animals/20250828_03/