Brut-X-Zikaden sind beschäftigt, ebenso wie die Wissenschaftler, die sie studieren: NPR

Wenn erwachsene Zikaden zum ersten Mal aus ihren braunen Nymphenschalen auftauchen, sehen ihre Körper weich und weiß aus. Später verdunkeln sie sich und härten aus.

Jake Socha


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Millionen und Abermillionen von Brood X-Zikaden tauchen auf, und die Entomologin Marianne Alleyne wollte es nicht missen.

“Ich habe es vor 17 Jahren nicht gesehen und wollte es erleben”, sagt Alleyne. “Mein Schwager hat es tatsächlich perfekt ausgedrückt: ‘Dies ist Ihre Entomologie Woodstock, nicht wahr?'”

Brood X ist nicht die einzige Gruppe von Zikaden, die fast zwei Jahrzehnte im Untergrund verbringt, aber es ist die größte und berühmteste. Die Rückkehr dieser riesigen schwarzen Käfer dauert nur etwa sechs Wochen und ist eine seltene Gelegenheit für Forscher, alles zu verstehen, vom grundlegenden biologischen Design der Kreatur bis hin zu den Auswirkungen ihres Massenerscheinungsbildes auf andere Lebewesen.

Aus diesem Grund hat Alleyne kürzlich einen Roadtrip von der University of Illinois Urbana-Champaign nach Maryland unternommen. Sie untersucht, wie die komplizierte Struktur der Zikadenflügel Wassertropfen sofort abperlen lässt, und sie wollte einige Zikaden von dieser speziellen Brut sammeln.

Andere Forscher sammeln ebenfalls. Jake Socha, Professor für biomedizinische Technik und Mechanik an der Virginia Tech, und Forscher in seinem Labor errichteten eine provisorische Forschungsstation in einem gemieteten Haus außerhalb von Washington, DC. An einem letzten Abend begannen braune, garnelenähnliche Zikadennymphen herauszukriechen Vom Boden aus scheuerten die Wissenschaftler das Gras unter alten Eichen um eine Schule in Alexandria, Virginia, ab.

“Seien Sie sehr vorsichtig. Sie sind überall hier”, rief Mary Salcedo an, eine Postdoktorandin, die daran interessiert ist, wie sich die Flügel einer Zikade während ihrer letzten Häutung ausdehnen und entfalten.

Vorsichtig treten sie und Ph.D. Student Josh Pulliam zählte 100 und warf sie in eine braune Einkaufstüte. Die Nymphen krabbelten drinnen herum und waren instinktiv verzweifelt, etwas zu besteigen.

Josh Pulliam und andere Forscher aus Jake Sochas Labor an der Virginia Tech fuhren von Blacksburg, Virginia, in den nördlichen Teil des Bundesstaates und verbrachten Tage damit, Brood X-Zikaden zu sammeln und zu studieren.

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Josh Pulliam und andere Forscher aus Jake Sochas Labor an der Virginia Tech fuhren von Blacksburg, Virginia, in den nördlichen Teil des Bundesstaates und verbrachten Tage damit, Brood X-Zikaden zu sammeln und zu studieren.

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Zurück im Miethaus ließen die Forscher die Nymphen ein an die Wand geklebtes Stoffblatt hochkriechen. Auf halber Höhe erstarrten die Nymphen und begannen sich in Erwachsene zu verwandeln. Die Rückseite jeder Schale spaltete sich und ein weicher neuer Körper schwoll an. Salcedo benutzte Kameras, um die zusammengeschrumpften, hellgelben Gewebestücke, die zu eleganten Zikadenflügeln werden, genau zu beobachten.

“Es ist ein sehr dünnes Gewebe, das beim ersten Herauskommen wie eine schöne Origami-Struktur aussieht”, sagt sie.

In der Zwischenzeit hat Pulliam Nymphen an kleinen hausgemachten Kletterwänden getestet, die mit rauem oder glattem Sandpapier bedeckt sind, um die Biomechanik ihres Kletterns zu verstehen.

“Was wirklich interessant ist, ist, wie sich diese beiden Vorderbeine bewegen. Wenn sie klettern, machen sie dieses Auf- und Ab-Kletterverhalten”, sagt Pulliam. “Das eignet sich hervorragend zum Graben und bringt sie dahin, wo sie auf Bäume gehen müssen, unterscheidet sich aber stark von dem, was die Erwachsenen tun.”

(Links) Zikaden werden Identifikationsnummern zugewiesen, damit Forscher jede verfolgen und zeitgesteuerte Beobachtungen durchführen können, um zu sehen, wie Flüssigkeit, die in ihre Flügel pumpt, sie ausdehnt und sich entfaltet. (Rechts) Die Virginia Tech-Studenten Giovanni Morris (Vordergrund) und Terrell Worrell positionieren Zikadennymphen, um ihre Entwicklung zu überwachen.

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Zikaden können nicht beißen oder stechen, und ihre einzige Verteidigung besteht darin, Raubtiere mit bloßen Zahlen zu überwältigen. Das macht Brood X zu einer Goldgrube für alle Arten von Kreaturen – als ob jemand an jeder Straßenecke ein kostenloses Garnelenbuffet aufstellen würde.

Um zu sehen, ob Vögel Zikaden fressen und ihre übliche Beute wie Raupen ignorieren, hat ein Forscherteam ein Experiment in einem Wald in Poolesville, Md., Durchgeführt. Sie haben sich kürzlich dort versammelt, um nach kleinen Eichen zu suchen, die sie überwacht haben eng.

“Ich habe eine Schachtel mit wunderschönen grünen künstlichen Raupen, die bereit sind, mit unserem zuverlässigen Superkleber auf unseren Bäumen eingesetzt zu werden”, sagt Martha Weiss, Biologin an der Georgetown University.

Da diese gefälschten Raupen aus weichem Ton bestehen, hinterlässt ein Vogel oder Insekt, das versucht, einen zu fressen, markante, verräterische kleine Linien und andere Spuren, erklärt John Lill, Biologe an der George Washington University. Er zeigte eine der Fälschungen, die “zumindest mehrmals von einem Vogel gekaut wurden, der versuchte, darauf zu jagen. Ihre Schnabelspuren bilden eine Art charakteristische V-Form”.

Gefälschte Raupen aus weichem Ton helfen Forschern zu beurteilen, ob Vögel und Insekten ihre Raubgewohnheiten ändern, sobald schmackhafte und wehrlose Zikaden auftauchen.

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Jede Woche kommen diese Forscher heraus und ersetzen zuvor eingesetzte gefälschte Raupen durch neue. Auf diese Weise können sie sehen, wie oft Raupen angegriffen werden und ob sich dies ändert, wenn Zikaden in der Nähe sind.

Weniger Raubtiere an Raupen könnten bedeuten, dass sie mehr Blätter fressen können. Daher verfolgt das Forschungsteam Blattschäden an den Bäumen. Sie messen auch Veränderungen in der Anzahl der Parasiten an Raupen.

“Also versuchen wir zu fangen, wie es im Jahr vor den Zikaden aussah, wie es im Jahr der Zikaden aussieht, bevor sie herauskommen, während sie draußen sind und dann, nachdem sie innerhalb einer Saison weg sind. “Und für ein paar Jahre, sagt Lill.

Was sie erwarten ist, dass Brood X Welligkeitseffekte haben wird, die lange nach dem Verschwinden der Zikaden bestehen bleiben. Zum Beispiel könnten in diesem Jahr mehr junge Vögel aufgrund einer Fülle an Nahrungsmitteln überleben, und das würde bedeuten, dass im nächsten Jahr mehr von ihnen um Ressourcen konkurrieren, wenn die Brood X-Zikaden verschwunden sind. Es gibt fast keine Forschung, sagt Lill, die sich mit solchen subtilen ökologischen Veränderungen nach einem Massenauftauchen befasst.

Periodische Zikaden sind für Wissenschaftler im Allgemeinen eine sehr schwierige Kreatur, da die Insekten so lange Zeit im Dreck verbringen. “Es macht es wirklich schwierig, manipulative Experimente an Insekten durchzuführen, die eine so kurze Zeit über der Erde haben”, sagt Lill und fügt hinzu, dass eine akademische Forschungskarriere möglicherweise nur zwei 17-jährige Zikadenzyklen umfasst.

“Es gibt nur eine Menge unterirdischer Dinge, die ein Rätsel sind”, stimmt Weiss zu. Sie hakt eine Reihe von Unbekannten ab: Nachdem Eier geschlüpft sind und winzige Zikadennymphen in den Boden eingegraben sind, wie finden sie Wurzeln, von denen sie sich ernähren können? Wie viel bewegen sie sich, während sie dort unten sind? Und während sie Veränderungen im Baumsaft zu registrieren scheinen, um saisonale Veränderungen und den Lauf der Zeit zu überwachen, wie genau zählen sie die Jahre?

“So viele Fragen erfordern diese extrem langfristigen Investitionen in Experimente”, sagt Lill. “Es ist für jeden Wissenschaftlertyp wirklich schwierig, eine typische Stipendienfinanzierung zu erhalten.”

Sobald Brood X-Zikaden nach 17 Jahren im Untergrund aus Löchern auftauchen, suchen sie verzweifelt nach etwas zum Klettern. Nachdem die Zikaden ihren Übergang in ihre erwachsene Form beendet haben, werden sie sich in Bäumen versammeln. Die Männchen beginnen zu chorieren, um die Weibchen anzulocken.

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Dennoch sammeln die Forscher alle Informationen, die sie können, insbesondere während die Zikaden unterwegs sind. Und sie hoffen, dass Freiwillige in der Gemeinde mitmachen, indem sie Zikadensichtungen aufzeichnen und ihre eigenen Beobachtungen darüber machen, was Vögel fressen.

“Wir bitten jeden, der ein paar Vögel identifizieren kann, hinauszugehen und zu beobachten, wo sie fressen und ob sie sich von Zikaden ernähren oder nicht, und diese Daten dann mit uns zu teilen”, sagt Zoe Getman-Pickering, a Forscher in Lills Labor.

Sie erinnert sich an eine Massenzikade im Jahr 1996, als sie 5 Jahre alt war. “Es war ziemlich beeindruckend für mich”, sagt sie. Es hat ihr geholfen, eine Karriere in der Entomologie zu beginnen, und sie hofft, dass einige Kinder, die diesen Sommer Zikaden sehen, in 17 Jahren wiederkommen, um sie als Wissenschaftler zu studieren.

“Es gibt noch so viele unbeantwortete Fragen”, sagt Getman-Pickering, “und wir hoffen, dass viele der Kinder, die diese Erfahrung erleben, genauso neugierig sind wie wir.”

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