In een van de vreemde toevalligheden van de geschiedenis bracht de tweede zomer van een wereldwijde pandemie Johns Hopkins-bioloog Ethan Allen Andrews naar een gazon in Baltimore om de enorme paringswaanzin van Brood X-cicade te aanschouwen. Het was 1919 en een grote griep verspreidde zich nog steeds over de hele wereld.
In 2021, de tweede zomer van een andere pandemie met veel hartverscheurende parallellen, stuurden Brood X-cicades mensen in het oosten van de Verenigde Staten opnieuw verwonderd hun gazon op, of verstopten ze zich voor de miniprojectielen en hun hoge decibelgeluid.
Elke 17 jaar Brood X met grote ogen Magicicada beestjes zo dik als vingers en weerloos als gummyberen rommelen met miljoenen uit de grond. Ze oriënteren zich naar verschillende bomen alsof ze mystiek worden genoemd, en zien dan massaal over grasvelden om samen te komen en te klimmen. ‘Verbazingwekkend’, noemde Andrews het uitzicht bij een grote boom. En dat was voordat de mobs hun volwassen vliegende vorm aannamen en, na 17 aseksuele jaren, gingen de mannetjes eindelijk refreinen voor vrouwtjes.
“Oortrommels bijna verbrijzeld door het lawaai van de ketelgieterij,” de… Baltimore Sun riep hij uit op 30 mei 1919. Toch klonk Andrews opgewonden. Drie jaar lang had hij proefgaten gegraven om de jonge krekels onder de grond te controleren. Toen ze eindelijk in het daglicht kropen, bemonsterde en berekende hij. “Het hele aantal dat uit een acre van zo’n voorstedelijk land komt, loopt op tot honderdduizend”, schatte hij.
Zes Brood X-cicade – levens later (102 jaar), de meest recente oogst van de grote, gekke beestjes klauterde volgens schema boven de grond in patches verspreid over 15 staten. Ondanks de aanhoudende COVID-19-pandemie gingen onderzoekers het veld of het gazon op.
Allemaal samen nu
Magicicada soorten leven hypergecoördineerde, “periodieke” levens. Om als periodiek te worden beschouwd, moet een hele geografische populatie, een broedsel genaamd, een meerjarige levenscyclus doormaken, waarbij grote gebeurtenissen worden gesynchroniseerd. De periodieke krekels in Noord-Amerika verschijnen, afhankelijk van de locatie, om de 13 of 17 jaar en paren pas in de laatste maand of zo van het leven. Stel je eens voor, hele steden van mensen die enkele van de grote mijlpalen van het leven bereiken – geboren worden, baby’s krijgen en dan sterven – binnen enkele weken na elkaar.
Een periodieke levenscyclus is zeldzaam, maar niet uniek, zegt bioloog Chris Simon van de University of Connecticut in Storrs. Van de miljoen of zo genoemde insectensoorten kent ze meer dan 50 met periodieke levens – nauwelijks een overweldigend aantal. Achtendertig soorten motten en vlinders leven zo. Dat geldt ook voor minstens vier soorten kevers en zelfs een vlieg.
Van de naar schatting 3.000 cicadesoorten leven er maar een paar zo dicht op elkaar. Alleen voor de verschillende Noord-Amerikaanse krekels: Magicicada soorten synchroniseren. Broed X krijgt misschien veel publiciteit, maar er zijn 14 andere broedsels, op één na die allemaal meer dan één soort vermengen.
Brood X vermengt drie soorten, die Simons goed afgestemde oor kan herkennen aan de paringsroep van de mannetjes: de boze eekhoornoproep van M. septendecula, M. cassini met zijn getik dat oploopt tot een raspende schreeuw en M. septendecim, bekend om zijn fluitende ruimteschipdrone. Vrouwtjes klikken gewoon.
“Vroeger dachten we dat alleen Noord-Amerika periodieke krekels had”, zegt Simon. En dat de cycli allemaal oneven waren. “Wij” betekent echter westerse wetenschappers. Een kleine uitgestrektheid van India heeft zijn “World Cup” cicade (Chremistica ribhoi), die op dezelfde vierjarige cyclus verschijnt als de voetbalcompetitie. Onder Fiji’s krekels, de goud-en-zwarte nanai (Raiateana knowlesi) barst om de acht jaar uit op het hoofdeiland. Het heeft koningin Elizabeth vervangen op het biljet van $ 100 in de Stille Zuidzee.
Cicade waarnemingen
Geel markeert de plek waar in de loop der jaren meldingen van Brood X zijn binnengekomen, vergeleken met het blauwe landschap van een kaart van de US Forest Service die de provincies toont waar andere cicadebroedsels verschijnen in cycli van 17 of 13 jaar.
Wanneer het leven je krekels geeft
Dit jaar, toen Simon naar het zuiden ging voor intensieve Brood X-kaarten in North Carolina en Georgia, kocht ze Brewed X-koffie in Washington, DC. Ze is al tientallen jaren ondergedompeld in de fascinerende wereld van krekels en verzamelt exemplaren van krekels die de menselijke cultuur raken. Ze kan citeren uit een krantenartikel uit 1987 waarin melding wordt gemaakt van twee mannen die ‘zwaaien’ met een cicade bij een vermoedelijke overval in het Grand Slam-restaurant in Cincinnati, en ze heeft een foto uit 2011 van het raam van de geliefde Sparky’s ijssalon in Columbia, Mo. winkel had geen cicade-ijs verkocht, dus het personeel plakte een briefje op: “Kom terug in 2024.”
Terugkijkend op haar reizen en wereldwijde onderzoek, dit jaar Simon en oude collega’s een synthese van ideeën bijgewerkt over hoe Magicicada soorten evolueerden in drie hoofdlijnen die zo’n 3,9 miljoen jaar geleden afweken van een gemeenschappelijke voorouder. De periodieke levensstijl evolueerde mee, schreven de onderzoekers online op 8 oktober in de Jaaroverzicht van entomologie.
Een factor op het pad naar periodiciteit is wat Simon ‘roofzuchtige roekeloosheid’ noemt. Magicicada volwassenen zijn groot en vreemd gemakkelijk te vangen. Ze proberen slechts halfslachtig aan roofdieren te ontsnappen. Hoewel vogels, eekhoorns en tal van andere dieren zich tegoed doen aan de gemakkelijke maaltijden, kan een voldoende grote uitbarsting van krekels alle bedreigingen voeden en toch genoeg overlevenden achterlaten om zich voort te planten. Het bereiken van zo’n verbijsterende overvloed is gemakkelijker wanneer jongeren uit een hele strook platteland om de 17 jaar samen uit de grond barsten.
Deze coördinatie kan passen bij een voedselarm dieet en langzame groei. ontwikkelen Magicicada jongeren tikken op boomwortels voor voedsel, maar negeren de calorierijke vloeistof die suikers van de bladeren naar beneden draagt. In plaats daarvan drijven jonge krekels hun monddelen in het opzuigende xyleem, dat ongeveer 99,9 procent water bevat, met slechts een vleugje voedingsstoffen, uit de wortels.
Op deze manier voeden is hard werken. Om zelfs van zo’n zwakke bouillon te nippen, betekent een harde strijd tegen de sterke opwaartse vochtopname van de plant. Om de klus te klaren, moeten krekels, net als andere xyleemspecialisten (SN: 14-8-21, p. 14), laten gespecialiseerde krachtpompen in hun hoofd groeien.
Vleugels spreiden
De roekeloosheid van krekels in combinatie met hun buitengewone aantal bracht Mary Salcedo, een biomechanicus bij Virginia Tech in Blacksburg, een onderzoeksbonanza. Ze bestudeert hoe pas volwassen insecten snel hun enorme vleugels oppompen vanuit de vroeg samengeknepen weefselkussentjes. Snelheid is belangrijk, want vliegen betekent weerloos.
Cicaden kunnen hun vleugels in slechts ongeveer 45 minuten oppompen. Nadat ze de vleugels van sprinkhanen en sprinkhanen had bestudeerd, wendde ze zich enthousiast tot Magicicada: “Duizenden insecten die ik niet hoef te kweken of te verzorgen!”
Voordat de eerste van Brood X dit jaar uit de grond schoot, boekte Salcedo een Airbnb-huur buiten Washington, DC, voor 10 (volledig gevaccineerde) mensen van het Virginia Tech-lab van biomechanicus Jake Socha. De pandemie sloot het laboratorium van Socha in 2020, dus de reis hielp Ph.D. student Joshua Pulliam, bijvoorbeeld, in zijn dramatische uitwijking om de beweging van de cicade te bestuderen. Hij vindt een manier om insectenklimmen in te passen in zijn Ph.D. projecteren op slangen die zo goed glijden dat ze bijna vliegen (SN: 1/8/20, p. 16).
Salcedo vraagt zich al lang af hoe insecten erin slagen om enorme vleugels zo snel vliegklaar te krijgen. “De meeste mensen – ik ontdekte, zelfs sommige entomologen – beschouwen een insectenvleugel als je haar”, zegt ze. ‘Maar het lijkt meer op je arm.’
In plaats van alleen inert spul, hebben insectenvleugels netwerken met zenuwen, luchtwegen en insectenbloed of hemolymfe. Dat complexe systeem kost veel bloedsomloop, inclusief extra harten, zegt Salcedo, die samen met collega’s aan een cicadevleugelpapier werkt. Cicaden hebben één centraal hart, plus meer voor de vleugels.
In tegenstelling tot sprinkhanen en sprinkhanen, die een tweetraps vleugelonthulling hebben, trekt de periodieke cicade zijn vleugels in één keer open, zoals ‘een zwaard uit een schede trekken’, zegt Salcedo. Ze Zoom-deelt beelden van Brood X-cicades die ze tijdens de recente excursie ving en fotografeerde terwijl ze voor het eerst hun vleugels uitstaken. De beginvormen zien eruit als kleine, witte zeilen met gele kronkels. Naarmate die kronkels groter worden, worden de vleugels breder en langer en komen ze geleidelijk tot leven.
Mindcontrol
Bospatholoog Matt Kasson en zijn studenten gingen in 2021 ook op krekelsjacht, maar dat zou niet zomaar een Brood X-hommel doen. De groep, gevestigd aan de West Virginia University in Morgantown, zocht in de Shenandoah-vallei en de nabijgelegen bergen naar krekels die besmet waren met een schimmel die krekels onvruchtbaar maakt maar hun geslachtsdrift stimuleert, waardoor de verspreiding van schimmels door paringscontact wordt gemaximaliseerd.
“Je hebt een cicade die rondloopt met, eigenlijk, een kalkachtige gumdrop [of fungus] op de achterkant van zijn buik’, zegt Kasson. Deze Massospora schimmels drijven mannetjes aan om de flirterige klikken van vrouwtjes na te bootsen en andere mannetjes aan te trekken. De gedupeerde mannetjes vangen uiteindelijk op en kletteren weg, maar ze dragen besmettelijke schimmels met zich mee.
Studenten Angie Macias en Matt Berger kwamen ruim vijf jaar geleden op het idee om deze schimmels te bestuderen. Er was geen manier om te groeien Massospora in laboratoria, maar de schimmels vallen zowel periodieke als niet-periodieke cicadensoorten aan. Een van de eerste projecten van de groep gebruikte niet-periodieke krekels uit het Amerikaanse Westen om te onderzoeken welke chemie een schimmel het seksuele gedrag van insecten zou kunnen stimuleren.
“Ik word op een sneeuwnacht in februari om 2 uur ’s nachts gebeld”, herinnert Kasson zich. Het was van afgestudeerde student Greg Boyce. Hij had een dagbaan bij een biotechbedrijf dat hem – na werktijd, maar gratis – zeer dure instrumenten liet gebruiken om stoffen te identificeren die worden geproduceerd als een organisme metaboliseert. Dus in het donker van de nacht vroeg Boyce aan zijn adviseur: ‘Weet je wat psilocybine is?”
Boyce had ontdekt dat het legendarische ingrediënt in een soort paddo, van alle dingen, natuurlijk opdook in een… Massospora die wing-banger-cicades aanvalt (Platypedia putnami) uit Nieuw-Mexico.
Bij daglicht “hadden we zoiets van, heilige rotzooi!” zegt Kasson. Dit was vooral verrassend omdat de trippy paddestoelen ver, ver weg zijn van Massospora schimmels in de evolutionaire geschiedenis. De cicade-aanvallers bevinden zich in een heel ander phylum, “veel lager” op de schimmelboom des levens. Kasson denkt dat dezelfde verbinding twee keer moet zijn geëvolueerd, misschien een paar honderd miljoen jaar uit elkaar.
“We kregen een aantal collega’s die daarop ingingen, en iedereen werd gek.” De grote vraag was, is de versie van de periodieke cicaden van? Massospora ook psilocybine hebben?
Het antwoord is nee. Wat periodieke krekels tot hypersexed flirten blijkt te drijven, is een ander stimulerend middel: een amfetamine genaamd cathinon. Datzelfde ingrediënt geeft de kick van de khatplant, die in het Midden-Oosten in de volksmond wordt gekauwd en helemaal niet gerelateerd is aan een schimmel.
Uiteindelijk drong het tot Kasson door dat zijn cicadeverzameling per ongeluk zijn universiteitslab had gevuld met gereguleerde stoffen waarvoor hij geen vergunning had. “Ik heb de meest ongemakkelijke brief van mijn leven aan de DEA geschreven”, zegt hij.
Uiteindelijk werd het lab geregeld met de Drug Enforcement Administration. Geneesmiddelen voor het verbeteren van de paring van insecten zijn nu weer een nieuw stukje wetenschap geworden waar krekelskijkers over kunnen nadenken als hun gazons de volgende keer beginnen te kruipen.
