17年蝉是怎么一回事？

　　近日，美国多地发布蝉群预警，称300亿只17年周期蝉将席卷美国东部，提醒民众提早做好防御措施。说到这里，大家会不会觉得很奇怪呢？蝉不是每年都会有吗？为什么今年会用＂席卷＂这两个字呢？
　　17年周期蝉到底是个什么东东？
　　原来，这的确是个很罕见的现象。
　　那就是，在美国中西部和东部，有7种蝉每隔13年或17年就会破土而出，其中3种是17年蝉，4种是13年蝉，这7种蝉之所以被称为＂周期蝉＂，是因为他们会遵循某个周期集中出现。今年登场的是17年蝉。
　　换句话说，这些蝉，在过去的16年之间，是杳无踪影的，到了今年，才会突然间全部涌现。
　　然后，如昙花般，出现一年，接下来又消失了，下一次出现，是17年后。
　　很神奇是吧？
　　这种现象别说普通人，就是科学家们也觉得神奇。
　　因此，科学家们也在努力的破解这些17年蝉到底是怎么回事？
　　两个关键问题：
　　1，为何是13/17年这种质数？
　　2，即便是17年为周期，每年都应该有17年前的蝉出生，按理说周期不应该如此影响（可以类比人类，12年周期，为何每年都有新生儿？）。
　　确实，承认生命的偶然性是个很难得事情，这是我在做进化过程中反复遇到的事情。
　　一、13/17年蝉的周期优势
　　简单的说：因为17是个质数，他只能被1和17整除，所以，从天敌的角度，那么只有17年生的这一波天敌才会对他们造成威胁，而这种可能性还是蛮小的。
　　反过来，如果是16年蝉的话，不仅是一年生的，2，4，8等出生的天敌都可以对它们造成威胁。
　　我们简单的演示下：
　　下图用左边代替蝉，右边代替它的天敌。
　　假定蝉的天敌和蝉是形成稳定关系，非常的痴情，绝对不会换口味。
　　那么，1年蝉对应1年天敌，这样饮食稳定，会维持长期的种群数量恒定。
　　如果是2年蝉呢？那第二年的蝉就惨了，经常吃不到了，饿疯了。
　　类似的一直推下去，就会发现，时间间隔越长的，越容易让自己活下去，毕竟天敌等不了那么久啊。
　　当然，合数年份不会如此，比如，16年蝉的话，那么就会这样子
　　一种，大家都吃我的赶脚。
　　所以理论上，周期性越长且越是质数的，越好，比如13，17，19?
　　二、其他年份的17年蝉呢？
　　年蝉按理说应该是年年都有。
　　这就像人类，从出生到性成熟12年左右，但是我们并不会出现12年才有一波人，而是每年都有人类出生。
　　因为不管多少周期，理论上每一年都应该有。
　　如下图所示：
　　而我们目前看到的是隔了17年，意味着其他16年间的17年蝉，因为种种因素，死光了。
　　只剩下了某一年份的17年蝉活下来了，所以形成了强周期。
　　至于更短周期的蝉，至于吃一年蝉的之类的，人家年年吃年年有，不care啊，最多是时隔17年，碰到一次蝉特别多的，放开吃一顿，感觉就像来到了快乐星球。
　　除此之外，没啥影响，毕竟如果当年大量生殖，第二年没有17年蝉暴发了，那就大量饿死，最后恢复到常规的种群。
　　三、华点出现
　　但是这里面就有个很大的问题，既然如此，那理论上，3，5，7，11，13，17，19都有可能出现，甚至林雾喜欢的二十三年蝉也可以出现啊，为何不怎么听说？
　　我不得不说，恭喜你，发现了华点。
　　如果我说：可能这就是蝉生吧 。
　　你一定会打我，但是，这极有可能就是真相。
　　四、偶然简直就是做进化的大敌
　　这就是我在现实中反复遇到的问题。
　　我是做遗传学出身的，进化也是我的一个方向之一（嗯，其实你会发现，在生物学里，生物信息学也是万金油，似乎啥都懂，毕竟生信本质上也是一门技术，因此和各学科交叉其实是情理之中的事情了。）
　　我非常希望就是经典的推论，出现xx是因为自然选择最优，然后出现了xx，这真是理想。
　　然而，现实太残酷，基本上很少遇到。
　　你会发现，经常有各种神奇的现象，甚至司空见惯的现象你都觉得难以解释。
　　举个例子，世界上的物种大概是几百万，但是我国的物种只有几十万这个规模，可能也就是十分之一吧。你可以问几百万个为什么，那就是，为何这些物种没有出现在中国？
　　比如，前两天比较受关注的长戟大兜虫为何没有生活在中国？
　　有人说，可能是中国环境特殊，那问下，入侵物种如何在我国存活下来的？那意味着，不少环境并不特殊。事实上类似的问题一大堆，小龙虾为何出现在国外最后成为我国的畅销食物？大熊猫为何出现在川陕而没有出现在其他地方？中国为何没斑马？
　　真的很多时候，我就不得不去编个理由：
　　1，遗传漂变：
　　这是我们解释自然界比较让人难以理解问题的时候常见办法，尤其是面对同一个物种的基因频率差异的时候。
　　比如，我经常举的例子，狐臭
　　全球分布，本来有狐臭是祖先型，换句话，这是人类本来的样子。但是很神奇的是，中日韩狐臭比例非常低，不到15%，以至于在这些地方，狐臭都成了一种不正常现象。
　　为何会出现这种问题？目前主流解释就是：遗传漂变。
　　我们曾经的祖先来到东亚的时候，这个祖先恰好没狐臭，然后他的后代就基本没狐臭了。而在过去，狐臭本身并不会影响人的生存和繁衍，那么这种性状其实就无所谓了。
　　就这么简单。
　　2，自然选择
　　这是很多人更喜欢的解释，毕竟符合大家认知中的进化论。
　　比如为什么哺乳动物会出现高纬度的体型更大，低纬度的体型更小，就像东北虎和华南虎，再比如类似桦尺蠖这种经典验证自然选择的例子。
　　3，运气或者偶然
　　其实，这才是最常见的因素，基本上能够解释大部分的原理。
　　因为，自然界真的是太多的偶然了。而自然界中又不是理论来进行，就比如，你不可能让人类无限繁殖，你也不可能让人类随机交配最后达到哈迪温伯格平衡等等。类似的真空球形鸡也不会存在。
　　甚至更宏观尺度的，大灭绝，这种随机因素，谁能控制？
　　一场大灭绝，绝大多数物种狗带了，难道是因为他们进化的不好？不适应吗？
　　就比如今天，地球上依然有哺乳动物、爬行动物、两栖动物、鱼类、软体动物、昆虫。真能用一套理论解释为何他们就可以适应，而其他前辈不适应？
　　有时候，就是如此。
　　所以，为何主要是13年和17年蝉？
　　答案可能是：
　　其实曾经有其他年蝉，比如11年蝉，但是不少其他蝉很不幸的遇到了特殊的天气，刚出来冻死了大部分，然后恰好又碰上了大量的天敌，然后都被吃光了，最后只留下了13和17年蝉这两个比较特殊的。
　　而且理论上，如果17年蝉，它并不是只有17年的时候出现，应该是每一批次都有17年，但是可惜的是，另外16年之间的每一个批次都很不幸，所以留下了唯一一个批次。
　　事实上，这样的例子已经在被验证了。
　　比如有人提到过，就有好几组13年和17年蝉已经灭绝了。
　　你总不能说，其他的17年蝉就特殊，这几个灭绝的17年蝉就不特殊了吧？
　　这个时候，周期也不管用了。
　　不得不感叹，这就是运气啊！