WW: Cicaden houden van priemgetallen

De woensdagmiddag is op GeenCommentaar Wondere Woensdagmiddag. Met extra aandacht voor de nieuwste ontwikkelingen in Wetenschap- en Techniekland.

Periodieke cicade (foto flickr/ DanCentury)Wie de komende weken naar het Oosten van de Verenigde Staten trekt kan een flinke krekelzwerm tegen het lijf lopen. Want rond deze tijd zullen de magicicaden, die 13 jaar onder grond verbleven, volwassen worden en naar het oppervlak werken. In juli zullen alle overleden zijn en begint hun nageslacht de lange puberperiode onder de grond.

We kennen allemaal de standaard éénjarige levenscyclus. In de lente openen de bloemen zich, worden lammetjes geboren, komen de wespen naar buiten enzovoorts. Eenjarige cycli zijn voor de hand liggend, je kan als diersoort je immers heel mooi aanpassen aan de seizoenen. Maar de Amerikaanse magicicade denkt daar anders over. De keversoort komt tevoorschijn na ofwel een periode van 13 jaar ofwel van 17 jaar. Gedurende deze adolescentieperiode verblijven de cicaden zo’n dertig centimeter onder de grond, waar ze zich voeden met plantenwortels. Als de biologische klok de cicaden vertelt dat ze tevoorschijn moeten komen gebeurt dat in gigantische aantallen.

Of je als cicade 13 of 17 jaar moet wachten ligt aan tot welke brood (legsel/generatie) je behoort. Hoewel er aanwijzingen zijn dat het DNA bepaalt hoe lang een brood onder de grond blijft is het precieze mechanisme onbekend. Wel zijn er meer aanwijzingen over waarom juist deze twee getallen ‘gekozen’ zijn. Zeer waarschijnlijk zijn priemgetal-cycli gunstig omdat ze minder vaak samen vallen met de cycli van de meeste roofdieren (zoals sluipwespen e.d.).

De broods zijn met Romeinse cijfers genummerd, de 17-jarigen met I tot en met XIV en de 13-jarigen met XIX tot en met XXII. Elk jaar heeft zijn eigen nummer, hoewel ze niet alle jaren overleefd hebben. Zo is Brood XI uitgestorven en werd voor het laatst gezien in 1954. Dit jaar kunnen de Amerikanen zich opmaken voor Brood XIX en Amerikanen zouden Amerikanen niet zijn als deze brood geen awesome bijnaam had. Dit jaar zal het gaan om The Great Southern Brood.  Koop nu het t-shirt!

  1. 1

    Interessant. Ervan uitgaande dat de verschillende broods allemaal eigen “bloedlijnen” vormen (verschillende broods kunnen niet met elkaar paren, omdat ze niet tegelijk volwassen zijn), zou je verwachten dat elke brood zich uiteindelijk tot een eigen soort zal ontwikkelen. Of zijn er soorten waarvan er zowel 13-jarige als 17-jarige broods zijn? En als twee van die broods (in tijd en regio) samenvallen/overlappen, wordt er dan onderling gepaard?

  2. 2

    @1 goed punt: de broods zijn genetisch geisoleerd en dat is een manier waarop soorten ontstaan.

    Wat nodig is is dat er toch genetische uitwisseling is, b.v. doordat er individuen zijn die hun ontwikkeltijd kunnen aanpassen van 13 jaar naar 17 jaar en omgekeerd. Het hoeven er maar een paar per brood te zijn.

  3. 4

    @3: Ah oké, dat zorgt dan toch nog voor wat genetische uitwisseling tussen de broods. Ik moet er overigens wel bij zeggen dat ik in dat licht weinig snap van de taxonomie op de pagina die je linkt.

  4. 5

    @4 Wat bedoel je precies met taxonomie? Als het een soort is is dat niet zo ingewikkeld. Wat wel weer grappig is is dat twee broods (een van 13 en een van 17) elkaar minstens eens in de 221 jaar ontmoeten (zijnde het KGV van 13 en 17), tenminste, ik denk dat het zo werkt.

  5. 6

    @5: Dat bedoel ik inderdaad. Er wordt gesteld dat er drie 17 jaar soorten zijn en vier 13 jaar soorten (hetgeen monomorfisme impliceert). Dat matcht niet zo erg met wat je in #3 aandraagt: De duur van de brood is binnen de soort een polymorfisme. Gezien het bestaan van verschillende broods van dezelfde soort lijkt mij polymorfisme ook veel logischer. Het kan natuurlijk ook zijn dat de term “soort” hier wat losjes wordt gehanteerd (ik denk bij “soort” normaal gesproken meteen aan het vruchtbare nakomelingencriterium).

    Vergeet verder niet dat een 17-jarige brood in dezelfde periode dus alle 13-jarige broods een keer ontmoet (voor zover de territoria overlappen).

  6. 7

    @6 Dat is inderdaad wat er staat in het Nederlands Wiki-artikel, maar dat vind ik niet zo expliciet in het Engelse artikel. In die versie staat ook dat cyclus duur van 13 of 17 jaar niets te maken heeft met predator ontwijken, wat wordt beweerd in de Nederlandse versie.

    A more parsimonious viewpoint holds that the prime numbered developmental times represent an adaptation to colder soil temperatures during Pleistocene glacial stadia, and that predator satiation is a short term maintenance strategy

    (die parsimonie maakt het niet eenvoudiger blijkbaar ;-)

    Over de genetica staat er het volgende:

    The length of the cycle appears to be controlled by a single gene locus, with the 13-year cycle dominant to the 17-year one.

    Als ik dat lees dan denk ik dat er toch uitwisseling moet zijn tussen 13 jarige en 17 jarige broods (zij noemen de jaren: 2219, 2440, 2661 waarop dat gebeurt, klopt met het KGV)
    Ze beginnen echter ook met de stelling dat er 7 soorten zijn, 3 van 17 en 4 van 13 jaar, pats boem zonder verder enige kwalificatie.

    Het is dus bijzonder verwarrend. Wat je zegt over soorten lijkt me wel te kloppen. Volgens mij is het criterium niet dat individuen vruchtbare nakomelingen kunnen krijgen maar dat er genetische uitwisseling is tussen populaties. Die definitie maakt het vaag: wanneer is dat het geval? bij een uitwisseling van eens in de 221 jaar kun je misschien van verschillende soorten spreken. Geen idee eigenlijk. Er worden behalve de verspreiding en de cyclusduur geen andere verschillen beschreven tussen deze ‘soorten’.