In einem der seltsamen Zufälle der Geschichte brachte der zweite Sommer einer globalen Pandemie den Johns-Hopkins-Biologen Ethan Allen Andrews auf einen Rasen in Baltimore, um den massiven Paarungswahn der Brood-X-Zikade zu beobachten. Wir schreiben das Jahr 1919 und eine große Grippe breitet sich noch immer auf der ganzen Welt aus.
Im Jahr 2021, dem zweiten Sommer einer anderen Pandemie mit vielen herzzerreißenden Parallelen, schickten Brood-X-Zikaden erneut Menschen im Osten der Vereinigten Staaten staunend auf ihren Rasen oder versteckten sich vor den Mini-Projektilen und ihrem hohen Dezibel-Lärm.
Alle 17 Jahre großäugige Brut X Magicicada Käfer so fett wie Finger und wehrlos wie Gummibärchen fummeln zu Millionen aus dem Boden. Sie orientieren sich wie mystisch gerufen an verschiedenen Bäumen, brodeln dann in Massen über die Rasenflächen, um sich zu versammeln und zu erklimmen. „Erstaunlich“, nannte Andrews die Aussicht neben einem großen Baum. Und das war, bevor die Mobs ihre erwachsene Flugform annahmen und die Männchen nach 17 asexuellen Jahren endlich für die Weibchen chorsingen.
„Die Trommelfelle sind vom Kesselgießerlärm fast zerschmettert“, der Baltimore Sonne rief am 30. Mai 1919 aus. Dennoch klang Andrews begeistert. Drei Jahre lang hatte er Testlöcher gegraben, um zu sehen, wie die jungen Zikaden unter der Erde heranreifen. Als sie schließlich ans Tageslicht krochen, tastete er ab und berechnete. „Die Gesamtzahl, die aus einem Morgen solchen Vorstadtlandes hervorgeht, geht auf hunderttausend zu“, schätzte er.
Sechs Brood-X-Zikaden – Lebenszeiten später (102 Jahre), die jüngste Ernte der großen, albernen Käfer kletterte planmäßig in Patches, die über 15 Bundesstaaten verstreut waren, über den Boden. Trotz der anhaltenden COVID-19-Pandemie gingen die Forscher auf das Feld oder den Rasen.
Jetzt alle zusammen
Magicicada Arten leben ein hyperkoordiniertes, „periodisches“ Leben. Um als periodisch angesehen zu werden, muss eine ganze geografische Population, die als Brut bezeichnet wird, einen mehrjährigen Lebenszyklus durchlaufen und große Ereignisse synchronisieren. Nordamerikas periodische Zikaden tauchen je nach Standort entweder alle 13 oder 17 Jahre auf und paaren sich erst im letzten Lebensmonat. Stellen Sie sich für eine Sekunde ganze Städte von Menschen vor, die einige der großen Meilensteine des Lebens erreichen – geboren werden, Babys bekommen und dann sterben – innerhalb von Wochen.
Ein periodischer Lebenszyklus ist selten, aber nicht einzigartig, sagt der Biologe Chris Simon von der University of Connecticut in Storrs. Von den etwa Millionen Insektenarten kennt sie mehr als 50 mit periodischem Leben – kaum eine überwältigende Zahl. 38 Arten von Motten und Schmetterlingen leben so. Also mindestens vier Käferarten und sogar eine Fliege.
Unter den geschätzten 3.000 Zikadenarten leben nur wenige Arten so eng im Gleichschritt. Nur für die verschiedenen nordamerikanischen Zikaden Magicicada Arten synchronisieren. Brut X mag viel Aufsehen erregen, aber es gibt 14 andere Bruten, von denen alle bis auf eine mehr als eine Art mischen.
Brut X vermischt drei Arten, die Simons gut abgestimmtes Ohr an den Paarungsrufen der Männchen erkennen kann: den wütenden Streifenhörnchenruf von M. septendecula, M. cassini mit seinem Ticken, das zu einem krächzenden Schrei führt und M. septendecim, bekannt für seine pfeifende Raumschiff-Drohne. Frauen klicken einfach.
„Früher dachten wir, nur Nordamerika habe periodische Zikaden“, sagt Simon. Und dass die Zyklen alle ungerade waren. „Wir“ meint jedoch westliche Wissenschaftler. Ein kleiner Teil Indiens hat seine „WM“-Zikade (Chremistica ribhoi), das im gleichen Vierjahreszyklus wie der Fußballwettbewerb stattfindet. Unter Fidschis Zikaden sind die gold-schwarzen Nanai (Raiateana Wissen) bricht alle acht Jahre auf der Hauptinsel aus. Es ersetzt Königin Elizabeth auf dem 100-Dollar-Schein des südpazifischen Landes.
Wenn das Leben dir Zikaden gibt
Als Simon dieses Jahr für intensives Brood X-Mapping in North Carolina und Georgia in den Süden ging, kaufte sie Brewed X-Kaffee in Washington, DC. Sie taucht seit Jahrzehnten in die faszinierende Welt der Zikaden ein und sammelt Beispiele von Zikaden, die die menschliche Kultur berühren. Sie kann aus einem Zeitungsartikel aus dem Jahr 1987 zitieren, in dem berichtet wird, dass zwei Männer bei einem mutmaßlichen Raubüberfall im Grand-Slam-Restaurant in Cincinnati eine Zikade „schwingen“, und sie hat ein Foto aus dem Jahr 2011 vom Fenster der beliebten Eisdiele Sparky’s in Columbia, Missouri Der Laden war mit Zikadeneis ausverkauft, also klebten die Mitarbeiter einen Zettel auf: „Schauen Sie 2024 noch einmal vorbei.“
Rückblickend auf ihre Reisen und weltweiten Forschungen aktualisierten Simon und ihre langjährigen Kollegen dieses Jahr eine Zusammenfassung ihrer Ideen, wie Magicicada Arten entwickelten sich in drei Hauptlinien, die vor etwa 3,9 Millionen Jahren von einem gemeinsamen Vorfahren abwichen. Der periodische Lebensstil entwickelte sich mit ihnen, schrieben die Forscher am 8. Oktober online in der Jährliche Überprüfung der Entomologie.
Ein Faktor auf dem Weg zur Periodizität ist das, was Simon „Raubtiertollkühnheit“ nennt. Magicicada Erwachsene sind groß und seltsam leicht zu fangen. Sie versuchen nur halbherzig, Raubtieren zu entkommen. Auch wenn Vögel, Eichhörnchen und viele andere Tiere die einfachen Mahlzeiten fressen, kann ein ausreichend großer Zikadenschub alle Bedrohungen nähren und immer noch genug Überlebende hinterlassen, um sich fortzupflanzen. Es ist einfacher, diese unglaubliche Fülle zu erreichen, wenn alle 17 Jahre Jugendliche aus einem ganzen Landstrich zusammen aus dem Boden brechen.
Diese Koordination kann zu einer nährstoffarmen Ernährung und einem langsamen Wachstum passen. Entwicklung Magicicada Jugendliche zapfen Baumwurzeln als Nahrung an, ignorieren jedoch die kalorienreichere Flüssigkeit, die Zucker von den Blättern nach unten trägt. Stattdessen treiben junge Zikaden ihre Mundwerkzeuge in das aufsaugende Xylem, das etwa 99,9 Prozent Wasser mit nur einem Hauch von Nährstoffen aus den Wurzeln enthält.
So zu füttern ist harte Arbeit. Selbst eine so schwache Brühe zu schlürfen, bedeutet einen harten Kampf gegen die starke Flüssigkeitsaufnahme der Pflanze nach oben. Um die Arbeit zu erledigen, Zikaden, wie andere Xylem-Spezialisten (SN: 14.08.21, p. 14) wachsen spezialisierte Kraftpumpen in ihren Köpfen.
Flügel spreizen
Die Tollkühnheit der Zikaden, gepaart mit ihrer außergewöhnlichen Zahl, brachte Mary Salcedo, eine Biomechanikerin an der Virginia Tech in Blacksburg, eine wahre Fundgrube für die Forschung ein. Sie untersucht, wie frisch ausgewachsene Insekten schnell ihre massiven Flügel aus den frühen zusammengequetschten Gewebepolstern aufpumpen. Geschwindigkeit zählt, denn flugunfähig bedeutet wehrlos.
Zikaden können ihre Flügel in nur etwa 45 Minuten aufpumpen. Nachdem sie die Flügel von Laborheuschrecken und Heuschrecken studiert hatte, wandte sie sich begeistert an Magicicada: „Tausende Insekten, die ich nicht aufziehen oder pflegen muss!“
Bevor die erste von Brood X in diesem Jahr aus dem Boden geworfen wurde, buchte Salcedo eine Airbnb-Miete außerhalb von Washington, DC, für 10 (vollständig geimpfte) Personen aus dem Virginia Tech-Labor des Biomechanikers Jake Socha. Die Pandemie schloss das Labor von Socha im Jahr 2020, daher half die Reise Ph.D. Student Joshua Pulliam, zum Beispiel, in seinem dramatischen Schlenker, um die Bewegung der Zikaden zu studieren. Er findet einen Weg, das Insektenklettern in seinen Ph.D. Projekt auf Schlangen, die so gut gleiten, dass sie fast fliegen (SN: 01.08.20, p. 16).
Salcedo hat sich lange gefragt, wie Insekten es schaffen, so schnell riesige Flügel flugfertig zu machen. „Die meisten Leute – ich fand, sogar einige Entomologen – denken an einen Insektenflügel wie Ihr Haar“, sagt sie. „Aber es ist … eher wie dein Arm.“
Anstelle von trägem Zeug haben Insektenflügel Netzwerke mit Nerven, Atemwegen und Insekten-“Blut” oder Hämolymphe. Dieses komplexe System braucht viel Kreislaufleistung, einschließlich zusätzlicher Herzen, sagt Salcedo, der mit Kollegen an einem Papier mit Zikadenflügeln arbeitet. Zikaden haben ein zentrales Herz und mehr für die Flügel.
Im Gegensatz zu Heuschrecken und Heuschrecken, die eine zweistufige Flügeloffenbarung haben, zieht die periodische Zikade ihre Flügel auf einmal auf, als würde sie „ein Schwert aus einer Scheide ziehen“, sagt Salcedo. Sie Zoom teilt Bilder von Brood-X-Zikaden, die sie während der letzten Exkursion gefangen und fotografiert hat, als sie zum ersten Mal ihre Flügel ausstreckten. Die Ausgangsformen sehen aus wie kleine, weiße Segel mit gelben Kringeln. Wenn sich diese Kringel ausdehnen, werden die Flügel breiter und länger und erwachen allmählich zum Leben.
Bewusstseinskontrolle
Auch der Forstpathologe Matt Kasson und seine Schüler gingen 2021 auf die Zikadenjagd, aber nicht jeder Brood-X-Bumbler würde es tun. Mit Sitz an der West Virginia University in Morgantown suchte die Gruppe im Shenandoah Valley und in den nahe gelegenen Bergen nach Zikaden, die mit einem Pilz infiziert waren, der Zikaden steril macht, aber ihren Sexualtrieb stärkt und die Verbreitung von Pilzen durch Paarungskontakt maximiert.
„Du hast eine Zikade, die im Grunde mit einem kalkigen Kaugummi rumläuft [of fungus] auf der Rückseite seines Bauches“, sagt Kasson. Diese Massospora Pilze treiben Männchen dazu an, das kokette Klicken der Weibchen nachzuahmen und andere Männchen anzuziehen. Die betrogenen Männchen fangen schließlich an und klappern weg, aber sie tragen infektiöse Pilze mit sich.
Die Idee, diese Pilze zu untersuchen, kam den Studenten Angie Macias und Matt Berger vor mehr als fünf Jahren. Es gab keine Möglichkeit zu wachsen Massospora in Labors, aber die Pilze befallen sowohl periodische als auch nichtperiodische Zikadenarten. Eines der ersten Projekte der Gruppe nutzte nicht periodische Zikaden aus dem amerikanischen Westen, um zu untersuchen, welche Chemie einen Pilz dazu bringen könnte, das Sexualverhalten von Insekten anzuregen.
„In einer verschneiten Februarnacht bekomme ich um 2 Uhr morgens einen Anruf“, erinnert sich Kasson. Es war von Doktorand Greg Boyce. Er hatte einen Job bei einer Biotech-Firma, der es ihm erlaubte – außerhalb der Geschäftszeiten, aber kostenlos – sehr teure Instrumente zu verwenden, um Substanzen zu identifizieren, die beim Metabolismus eines Organismus produziert werden. Also fragte Boyce in der Dunkelheit der Nacht seinen Berater: „Weißt du, was Psilocybin ist?“
Boyce hatte herausgefunden, dass ausgerechnet die legendäre Zutat in einer Art Zauberpilz auf natürliche Weise in einem Massospora die Wing-Banger-Zikaden angreift (Platypia putnami) aus New Mexico.
Bei Tageslicht “waren wir wie, heiliger Mist!” Kasson sagt. Das war besonders überraschend, denn die trippy Pilze sind weit, weit weg von Massospora Pilze in der Evolutionsgeschichte. Die Zikadenangreifer befinden sich in einem ganz anderen Stamm, „viel tiefer“ auf dem Pilzbaum des Lebens. Kasson glaubt, dass sich dieselbe Verbindung zweimal entwickelt haben muss, vielleicht ein paar hundert Millionen Jahre auseinander.
“Wir haben ein paar Kollegen darauf aufmerksam gemacht, und alle sind durchgedreht.” Die große Frage war, ob die Zeitschriftenversion der Zikaden von Massospora auch Psilocybin?
Die Antwort ist nein. Was regelmäßig Zikaden zu hypersexuellen Flirts treibt, ist ein anderes Stimulans: ein Amphetamin namens Cathinon. Dieselbe Zutat gibt der Khat-Pflanze den Kick, die im Nahen Osten im Volksmund gekaut wird und überhaupt nicht mit einem Pilz verwandt ist.
Schließlich dämmerte Kasson, dass sein Zikadensammeln sein Universitätslabor versehentlich mit kontrollierten Substanzen gefüllt hatte, für die er keine Genehmigung hatte. „Ich habe der DEA den unangenehmsten Brief meines Lebens geschrieben“, sagt er.
Am Ende wurde das Labor mit der Drug Enforcement Administration abgeglichen. Medikamente zur Verbesserung der Insektenpaarung sind jetzt ein weiterer Leckerbissen der Wissenschaft, über den Zikadenbeobachter nachdenken können, wenn ihr Rasen das nächste Mal zu kriechen beginnt.