Przyrodnicy o zapowiadanej „pladze” cykad: wszystko przez liczby pierwsze

Według źródeł amerykańskich niektóre obszary Stanów Zjednoczonych doświadczą wiosną tego roku rzadkiego zjawiska naturalnego, polegającego na jednoczesnym pojawieniu się dwóch olbrzymich rojowisk cykad wieloletnich. Miliardy owadów mają zacząć wychodzić spod ziemi w okolicach kwietnia. Dwa rojowiska – jedno koncentrujące się w stanach Środkowego Zachodu, a drugie Południa i Południowego Zachodu, z niewielkim obszarem pokrywania się w Illinois – pojawiają się jednocześnie tylko raz na 221 lat.

Na ponad 3000 gatunków cykad na całym świecie zaledwie 9 jest wieloletnich, z czego siedem (z rodzaju Magicicada) występuje w Ameryce Północnej. W tym roku wyroją się jednocześnie cykady lęgu XIII, pojawiające się co 17 lat, oraz cykady lęgu XIX, wychodzące spod ziemi co 13 lat. Po raz ostatni zdarzyło się to w 1803 r.

Eksperci uspokajają, że inwazja cykad nie wiąże się z zagrożeniami - owady te nie są niebezpieczne dla ludzi i zwierząt, mogą jedynie uszkadzać rośliny. Wydają głośny dźwięk godowy; charakterystyczny odgłos cykania może być uciążliwy dla mieszkańców tych okolic, w których owady się pojawią.

W Polsce żyją tylko dwa gatunki z rodziny piewikowatych (Cicadidae) i nie są to cykady wieloletnie. Mamy natomiast w rodzimej faunie gatunki rozmnażające się cyklicznie. Niektóre z nich uczyniły z praw matematyki strategię obrony przed drapieżnikami. Aby to wyjaśnić, warto przypomnieć podstawy.

LICZBY PIERWSZE I CYKLICZNOŚĆ

Liczby pierwsze to takie liczby naturalne większe od jednego, które dzielą się tylko przez siebie same i przez jeden. Nie można ich rozłożyć na żaden inny iloczyn. Matematyka może być sposobem porządkowania wiedzy o świecie lub sposobem jego istnienia. Wiele gatunków rozmnaża się właśnie w cyklach co 11, 13, a nawet co 17 lat, żeby zmylić drapieżniki.

„Cykliczność oznacza małą przewidywalność tzw. pojawów, czyli masowego pojawiania się gatunków, a co za tym idzie - niemożność dopasowania cyklu drapieżników, które się nimi żywią. Dla gospodarki człowieka cykle owadów czy też gryzoni mają fundamentalne znaczenie praktyczne, wszak mogły doprowadzać do głodu czy dewastacji lasów na masową skalę” – powiedział PAP ornitolog prof. dr hab. Piotr Tryjanowski z Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.

„To fascynujący temat, który otwiera też pole do śmiałych hipotez ewolucyjnych, w tym obliczeń wstecz dotyczących masowego pojawiania się gatunków. Komentując jedną z książek Petera Turchina o cyklach zwierząt pozwoliłem sobie napisać w recenzji, że kto nie zajmował się cyklicznością, nie jest ekologiem” – zaznaczył prof. Tryjanowski.

Choć liczby pierwsze rzadko pojawiają się wśród wszystkich liczb naturalnych, to u pewnych gatunków obserwowano takie właśnie „dziwne” cykle rozwojowe po 7, 13 albo 17 lat. „Dla tych gatunków jest to sposób na unikanie albo patogenów, co zdarza się rzadziej, albo najczęściej – drapieżników. Po prostu występują one w przyrodzie zbyt rzadko, żeby drapieżnik mógł się do tego przystosować. Liczby pierwsze nie rozkładają się bez reszty na inne liczby naturalne. Organizm, który żywi się cykadami musiałby żyć wielokrotność liczby 13 lub 17, licząc w latach. To trudne” – wyjaśnił prof. Tryjanowski.

Przyroda zna również krótsze cykle. Na przykład gryzonie norniki intensywniej rozmnażają się co 3 lub 5 lat. Ale poluje na nie tyle drapieżników, że w tym wypadku nie jest konieczna pełna synchronizacja cykli. Zatem w tych latach, w których norników jest więcej, sowy mogą pozwolić sobie na liczniejsze lęgi, mają wówczas więcej piskląt. Inny przykład to ćma zwójka, czyli występujący w Polsce szkodnik lasów. Na podstawie uszkodzeń, jakie ów motyl poczynił w modrzewiach, a widocznych jako uszkodzenia słojów przyrostowych drzew, odtworzono historię prawie dwóch tysięcy lat lasów alpejskich.

Cykady wypracowały sobie długie cykle życiowe, ale nie spowodowało to, że opanowały środowiska, w jakich żyją. Prof. Tryjanowski przyznał jednak, że owady te potrafią w Stanach Zjednoczonych zniszczyć duże połacie trawników miejskich; amerykański ekolog Peter Turchin, zajmujący się cyklicznością, pisał o tych spustoszeniach. Autor ten zwrócił też uwagę na odrobinę słuszności w łączeniu owych „plag” czy też „masowych pojawów” owadów z późniejszymi wojnami: gdy zniszczone zostawały plony, lokalne społeczeństwa stawały w obliczu głodu. Wówczas budziła się agresja i skłonność do aneksji innych terenów, które gwarantowały pożywienie.

WSZYSTKICH NIE ZJEDZĄ

Zgranie cyklu życiowego ofiary i drapieżnika to trudna matematyka.

"Potrzebna jest najmniejsza wspólna wielokrotność. Na przykład jeśli ofiara pojawia się w cyklach dwuletnich, to drapieżnik może się pojawiać i w cyklu rocznym. Wtedy co drugi rok będzie miał obfitość pożywienia. Gdy ofiara ma cykl opisywany liczbami pierwszymi, dostosowanie cyklu życiowego drapieżnika jest bardzo trudne” – uściślił w rozmowie z PAP entomolog prof. Stanisław Czachorowski z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego.

Wyjaśnił, że cykliczne pojawy muszą być masowe. To kolejny element strategii przeżycia ofiar, na zasadzie: „wszystkich nie zjedzą”.

W ten sposób swoje gody cyklicznie odbywają jętki-jednodniówki czy na przykład chruściki z gatunku Brachycentrus montanus. Gdy chruściki w ciągu dwóch dni masowo wylatują po przepoczwarczeniu z wody, pożywienia dla drapieżników jest bardzo dużo, ale też trwa to bardzo krótko. W tej masie część chruścików przetrwa i rozmnoży się, aby powtórzyć cykl – a drapieżniki będą musiały przestawić się na inną ofiarę. Trudno, żeby jakiś gatunek „specjalizował się” w ofierze, która jest dostępna przez dwa dni. Zamiast więc pojawiać się w małej liczbie przed dłuższy czas, cała niemalże populacja ma "wylot" w tym samym czasie.

„Nie można specjalizować się w pokarmie, który jest nieprzewidywalny. Cyklu cykad nie da się zsynchronizować z cyklami drapieżników. Taki gatunek nie ma stałego wroga. Osobniki, które wychodzą na gody, w części są zjadane, ale w ich masie część przetrwa i wyda potomstwo. Żaden gatunek nie jest poważnym zagrożeniem dla tej populacji” – uznał prof. Czachorowski.

Badacz podał też przykład chrabąszczy, które – podobnie jak cykady – żyją w ziemi jako larwy i pojawiają się częściej w niektórych latach, wychodząc z ziemi po przepoczwarczeniu w celu rozmnożenia się. Cykl życiowy chrabąszcza majowego trwa trzy lata.

Większość tego czasu w stadium larwy (pędrak) chrabąszcz spędza w glebie. Jako imago (owad dorosły) pojawia się zazwyczaj w maju i żeruje kilka tygodni oraz składa jaja. Jakkolwiek możemy je spotkać co roku, to najczęściej lokalnie pojawiają się w większej liczebności co trzy lata.

Przyrodnik zwrócił uwagę, że również rośliny, drzewa - jak dęby czy buki - mają lata nasienne i lata bez nasion. Kiedy pojawia się dużo żołędzi, wzrasta liczebność odżywiających się nimi gryzoni. W następnym sezonie rośnie więc liczba organizmów żywiących się gryzoniami i ich pasożytów. Na przykład wraz ze wzrostem liczby gryzoni wzrasta też liczebność kleszczy, bo mają więcej żywicieli. Na tej podstawie można prognozować, że po dwóch latach od roku „żołędnego” będą liczniejsze kleszcze. W tym przypadku jednak nie ma charakterystycznego dla cykad elementu nieprzewidywalności.

Entomolog dodał, że w Polsce cykady w wąskim słowa tego znaczeniu nie występują lub występują rzadko. Liczne są u nas małe piewiki z tej samej rodziny. Przyznał natomiast, że na południu Europy i w Stanach Zjednoczonych (cykady występują głównie w strefie tropikalnej i subtropikalnej) rzeczywiście pewne populacje odbywają gody co 11, 13, a nawet 17 lat.

„Jeśli te okresy rozwojowe się skumulują, to na pewno będzie to spektakularne” – uznał przyrodnik. Zapewnił, że dorosła cykada może być uciążliwa tylko przez kilka tygodni, gdyż po odbyciu kopulacji składa jaja i ginie. Cykady są wielkości chrabąszczy, a ich odgłos przypomina zwielokrotniony dźwięk wydawany przez świerszcze, jednak bardziej jednolity. W USA żyje kilka gatunków cykad wieloletnich. Żywią się one sokami z drzew, korzeniami i szczątkami roślin.(PAP)

Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ bar/