Life-time radio tracking of periodical cicadas detects minimal dispersal from emergence sites
Die lebenslange Funkverfolgung offenbart, dass periodische Zikaden eine minimale Ausbreitung von ihren Geburtsgebieten aufweisen, was darauf hindeutet, dass ihre stabilen, sich nicht überschneidenden Brutverteilungen durch einen natürlichen Mangel an Bewegung und nicht durch aktive ökologische oder verhaltensbedingte Isolationsmechanismen aufrechterhalten werden.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Seit Jahrhunderten beherbergen die Wälder des östlichen Teils der USA ein biologisches Phänomen, das sich einer einfachen Erklärung entzieht: die Periodenzikade. Alle dreizehn oder siebzehn Jahre erscheinen Milliarden dieser Insekten in vollkommener Einheit aus dem Boden und verwandeln die Luft in einen ohrenbetäubenden Chor. Während sie für ihre synchronisierte Zeitplanung berühmt sind, ist ihre Geografie gleichermaßen bemerkenswert. Diese Insekten breiten sich nicht gleichmäßig über die Landschaft aus. Stattdessen bilden sie scharf abgegrenzte, deutliche Gruppen, sogenannte Bruten, von denen jede ein bestimmtes Waldstück besetzt, während die benachbarten Gebiete leer bleiben. Lange Zeit haben sich Wissenschaftler gefragt, wie diese Grenzen so klar bleiben können. Wenn diese Insekten fliegen können und wenn sie in solch hohen Zahlen vorkommen, würde man erwarten, dass sie in die leeren Räume in der Nähe driften und die Linien zwischen den Gruppen im Laufe der Zeit verwischen würden. Doch die Linien bleiben scharf. Die Frage ist, ob die Zikaden physisch nicht in der Lage sind, jene leeren Stellen zu erreichen, oder ob sie einfach nicht dorthin gehen wollen.
Um dieses Rätsel zu lösen, wandte ein Forscherteam eine Methode an, die bei Insekten dieser Größe selten eingesetzt wird: Sie befestigten winzige Funksender an lebenden Zikaden und verfolgten sie von dem Moment an, als sie schlüpften, bis sie starben. Die Studie konzentrierte sich auf das Jahr 2004, als die spezifische Gruppe, bekannt als Brut X, auf dem Campus der Princeton University hervorging. Die Forscher fingen frisch geschlüpfte Zikaden ab, sogenannte tenerale Erwachsene, die weichkörperig sind und gerade erst ihr kurzes Leben über der Erde beginnen. Sie klebten sorgfältig ein kleines Funkgerät, das etwa 300 Milligramm wog, auf den Rücken jedes Insekts. Dieses Gewicht war signifikant und entsprach etwa einem Drittel der gesamten Körpermasse der Zikade, aber das Team musste zuerst sicherstellen, dass die Tags die Fähigkeit der Insekten zu fliegen nicht beeinträchtigten. Sie testeten dies, indem sie die markierten Insekten freiließen und ihren Flug mit unmarkierten verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass das zusätzliche Gewicht zwar die Art und Weise veränderte, wie die Zikaden flogen, sie aber nicht am Fliegen hinderte oder dazu brachte, seltener abzuheben. Tatsächlich konnten die markierten Insekten, wenn sie zum Fliegen gezwungen wurden, Distanzen zurücklegen, die doppelt so lang waren wie ihre natürlichen, unerzwungenen Hüpfer.
Nachdem die Ausrüstung als sicher erwiesen worden war, begannen die Forscher mit dem eigentlichen Experiment. Sie verfolgten zwanzig frisch geschlüpfte Zikaden – zehn Männchen und zehn Weibchen – während ihres gesamten Erwachsenenlebens, indem sie deren Standorte alle paar Stunden überprüften. Sie verfolgten auch fünf Weibchen, die bereits gepaard hatten. Die Erkenntnisse waren überraschend. Obwohl sie in der Lage waren, viel weiter zu fliegen, bewegten sich die überwiegende Mehrheit dieser Insekten kaum. Nur die Hälfte der Individuen verließ jemals den spezifischen Baum, in dem sie zuerst markiert worden waren. Von denen, die das taten, kehrte die Hälfte zu ihrem ursprünglichen Baum zurück. Im Laufe ihres gesamten Lebens legten die Männchen eine Gesamtdistanz von höchstens 330 Metern zurück, wobei das typische Männchen null Meter von seinem Ausgangspunkt entfernt war. Jungfern-Weibchen bewegten sich etwas mehr und legten maximal 200 Meter zurück, aber die mittlere Distanz betrug immer noch nur 20 Meter. Die Weibchen, die bereits gepaard hatten, bewegten sich am wenigsten und reisten nie mehr als 30 Meter von ihrem Baum weg. Die meisten der Insekten starben innerhalb von 100 Metern von dem Ort, an dem sie markiert worden waren, und viele wurden direkt unter dem Baum gefunden, aus dem sie geschlüpft waren.
Die Daten legen nahe, dass die scharfen Grenzen zwischen den Zikadenbruten nicht dadurch aufrechterhalten werden, dass die Insekten gefangen oder unfähig sind, in neue Gebiete zu fliegen. Stattdessen existieren die Grenzen, weil die Insekten die Reise einfach nicht antreten. Die Forscher fanden heraus, dass die Zikaden an Ort und Stelle bleiben, weil ihre Paarungsstrategie darauf beruht, Teil einer lauten, dichten Menge zu sein. Männchen rufen aus diesen Gruppen heraus, um Weibchen anzulocken, und eine Zikade, die die Gruppe verlässt, verliert die Chance zu paaren, ohne einen Vorteil zu gewinnen, da die leeren Bäume in der Nähe innerhalb einer einzigen Generation keinen Vorteil bieten. Die Studie zeigte auch, dass die Lebensdauer der verfolgten erwachsenen Tiere recht kurz war, im Durchschnitt etwa neun Tage, was wahrscheinlich auf eine starke Prädation zurückzuführen ist. Jedoch reisten selbst die Tiere, die länger lebten, nicht weiter, was bewies, dass ihre mangelnde Bewegung ein Resultat des frühen Sterbens und nicht eine Folge des zu frühen Todes war.
Dieses Verhalten hat tiefgreifende Auswirkungen darauf, wie diese Populationen überleben und sich verändern. Da die adulten Tiere nicht weit reisen, sind lokale Populationen extrem anfällig für den Verlust von Lebensräumen. Wenn ein Waldstück gerodet wird, können die Zikaden der nächsten Generation nicht einfach aus einem benachbarten Wald einfliegen, um es wieder zu besiedeln. Der leere Raum bleibt leer, und das Mosaik aus distinkten Bruten bleibt bestehen. Die Studie bestätigt, dass die Stabilität dieser massiven, synchronisierten Ausbrüche nicht das Ergebnis physischer Barrieren oder eines Mangels an Flugfähigkeit ist, sondern eines tief verwurzelten Verhaltens, bei dem die Insekten genau dort bleiben, wo sie geboren wurden. Die Landkarte der Welt der Zikaden wird nicht durch die Grenzen ihrer Flügel gezeichnet, sondern durch die Grenzen ihrer Bereitschaft, die Heimat zu verlassen.
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