Life-time radio tracking of periodical cicadas detects minimal dispersal from emergence sites
终身无线电追踪显示，周期性蝉表现出极小的从出生地点的扩散行为，这表明其稳定且不重叠的�중에分布是由自然缺乏移动能力而非主动的环境或行为隔离机制所维持的。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
几个世纪以来，美国东部的森林一直上演着一种难以简单解释的生物现象：周期性蝉。每隔十三年或十七年，数以十亿计的这类昆虫便会从土壤中同步涌现，将空气变成一片震耳欲聋的合唱。虽然它们以同步的计时能力而闻名，但它们的地理分布同样引人注目。这些昆虫并非均匀地散布在景观各处，而是形成了被称为“族群”（broods）的清晰且独特的群体，每个族群占据着特定的林区，同时让相邻区域保持空白。长期以来，科学家们一直在思考这些边界是如何保持如此清晰的。如果这些蝉能够飞行，且数量如此庞大，人们理应预见到它们会漂移到附近的空白区域，从而随着时间的推移模糊族群之间的界限。然而，界限依然清晰。问题在于，是蝉在物理上无法到达那些空白点，还是它们仅仅选择不去那里。
为了解决这个谜团，研究小组采用了一种极少用于此类体型昆虫的方法：他们将微型无线电发射器安装在活体蝉身上，并追踪它们从羽化到死亡的全过程。这项研究聚焦于2004年普林斯顿大学校园内一个特定族群（即第X族，Brood X）的羽化过程。研究人员捕捉到了刚孵化的蝉，即“初羽化成虫”（teneral adults），它们身体柔软，正处于地面上短暂生命的初期。研究人员小心地将一个重约300毫克的微型无线电标签粘在每只昆虫的背部。这个重量非常显著，约占蝉总体重的三分之一，但团队首先需要确保这些标签不会破坏昆虫的飞行能力。他们通过释放被标记的昆虫并将其飞行情况与未标记的昆虫进行对比来测试这一点。结果显示，虽然额外的重量改变了蝉的飞行方式，但并未阻止它们飞行或降低它们起飞的可能性。事实上，在被迫飞行时，被标记的昆虫可以覆盖比自然状态下跳跃的两倍远距离。
在证明设备安全后，研究人员开始了真正的实验。他们追踪了二十只新羽化的蝉——十只雄蝉和十只雌蝉——贯穿它们的整个成年生活，每隔几小时检查一次它们的位置。他们还追踪了五只已经交配过的雌蝉。研究结果令人惊讶。尽管具备飞行更远距离的能力，绝大多数昆虫几乎纹丝不动。只有一半的个体曾离开过最初标记的那棵树。在离开树的个体中，有一半又回到了原来的树。在它们的整个生命周期中，雄蝉移动的总距离最多仅为330米，而典型的雄蝉甚至在起始点移动了零米。处女雌蝉移动得稍多一些，最远覆盖了200米，但中位距离仍仅为20米。已经交配过的雌蝉移动得最少，从未离开其原树超过30米。大多数昆虫在被标记位置的100米以内死亡，许多被发现就在它们羽化的树的正下方。
数据表明，蝉族群之间清晰的边界并非因为昆虫被困住或无法飞往新区域，而是因为它们根本不进行那次旅程。研究人员发现，蝉之所以留在原地，是因为它们的交配策略依赖于成为嘈杂、密集人群的一部分。雄蝉通过在人群中鸣叫来吸引雌蝉，而一只离开群体的蝉会在没有获得任何好处的情况下失去交配机会，因为在单一世代内，附近的空树并不能提供任何优势。研究还显示，被追踪昆虫的成年寿命相当短，平均约为九天，这可能是由于严重的捕食压力。然而，即使是那些活得较久的个体也没有走得更远，这证明了它们的缺乏移动是一种选择，而非死于过早死亡的结果。
这种行为对这些种群如何生存和演变具有深远影响。由于成年蝉并不远行，局部种群在面对栖息地丧失时极其脆弱。如果一片林地被清理，下一代的蝉无法直接从相邻的森林飞入以重新填补该区域。空白空间将保持空白，而由不同族群构成的斑块状格局也将持续存在。这项研究证实，这些大规模、同步爆发的稳定性并非源于物理障碍或缺乏飞行能力，而是源于一种根深蒂固的行为：它们会待在出生的地方。蝉的世界地图并非由它们的翅膀所划定，而是由它们离开家园的意愿所勾勒。
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