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Als Bob Dylan im Juni 1970 in Princeton, New Jersey, ein Ehrendoktortitel verliehen wurde, übertönte das laute Zirpen der Zikaden die Zeremonie. Dylan, offensichtlich beeindruckt vom Lärm der Insekten an jenem heissen Tag, schrieb darauf das Lied Day of the locusts:
There was little to say, there was no conversation
As I stepped to the stage to pick up my degree
And the locusts sang off in the distance
Yeah the locusts sang such a sweet melody.
1970, das war vor 51 Jahren, oder drei Mal der Lebenszyklus der 17-jährigen Zikaden. Dylan war nicht der erste, der Zikaden mit Heuschrecken (locust) verwechselte, doch bilden Zikaden weder Schwärme noch wandern sie. Hinter dieser Verwechslung steht das beeindruckende Auftreten, zeitgleich zu Milliarden, der periodischen Zikaden, wie man es dieser Tage in Washington, D.C. erleben kann.
Alle 17 Jahre wieder
Über 3000 Zikaden-Arten sind weltweit bekannt, und die allermeisten hört man jedes Jahr singen. Im Gegensatz zu den jährlichen Arten sind eine Handvoll periodisch, und diese konzentrieren sich in der östlichen Hälfte der USA: zwischen Louisiana im Süden und den Grossen Seen im Norden, vom Mississippi-Tal bis zur Ostküste leben insgesamt sieben Arten der Gattung Magicicada. Ihr Name, von magic cicada, spielt an auf die wunderliche Weise, wie diese Insekten je nach Art alle 13 oder 17 Jahre zeitgleich zu Milliarden erscheinen und innerhalb weniger Wochen wieder verschwinden. (Ausserhalb der USA sind nur zwei weitere periodische Zikadenarten bekannt: Raiateana knowlesi auf Fiji, mit Achtjahreszyklus, und Chremistica ribhoi in Nordost-Indien mit einem Vierjahreszyklus.)
Magicicada septendecim, M. cassinii, und M. septendecula sind die drei Arten der zauberhaften Zikaden Nordamerikas mit einem 17-Jahreszyklus, dem längsten Lebenszyklus aller Insektenarten. (Noch längere Lebenszyklen sind unter Insekten nur von Individuen bekannt, wie Termitenköniginnen.) Neben morphologischen Unterschieden ist es vor allem der Gesang ihrer Männchen, die die drei Arten unterscheiden. „Der Chor der M. septendecim hört sich an wie ein landendes Ufo“, findet Chris Simon, Professorin für Evolutionsbiologie an der University of Connecticut, die periodische Zikaden seit 40 Jahren erforscht. „Cassinii machen 'klick, klick' gefolgt von einem Schrei. Und septendecula hören sich an wie wütende Eichhörnchen.“ (Vergleichen kann man die Geräusche auf Simons website.)
Chöre auf Bäumen
Je nach Art verlassen Magicicada das Erdreich nach 13 oder 17 Jahren, sobald die Bodentemperatur knapp 18° C erreicht. Dann kriechen sämtliche Individuen innerhalb weniger Tage bei Nacht aus dem Boden, laufen langsam Baumstämme – oder Verkehrsschilder oder Menschenbeine – hoch, halten in der Vertikalen und häuten sich: das braune Aussenskelett platzt am Rücken des Brustkorbs wie ein zu enges Hemd, durch den Spalt windet sich das zuerst noch bleiche, erwachsene Insekt. Es lehnt sich im Zeitlupentempo zurück in die Horizontale, nur noch sein Hinterteil wird von der Spannung der abgestreiften Schale eingeklemmt und festgehalten, bevor es sich mit einer Rumpfbeuge zum Stamm wendet und über sein soeben abgestreiftes Aussenskelett seinen Weg in die Baumkrone fortsetzt.
In den nächsten Stunden erhärtet sich das Insekt und nimmt seine dunkle Farbe an mit den markanten orangen Markierungen am Unterleib. Erst nach einigen Tagen beginnen die Männchen ihren Gesang, mit dem sie Weibchen – ausschliesslich der gleichen Art – zur Paarung anlocken. Weibchen legen nach der Paarung ca. 500 Eier in die Äste von Laubbäumen, aus denen Reiskorn-grosse Nymphen schlüpfen, zu Boden fallen, und sich jahrelang unterirdisch von Leitgewebe (Xylem) der Baumwurzeln ernähren.
Periodisch und synchron
Zwei bis sechs Wochen leben die erwachsenen Insekten. Durch ihr geballtes Auftreten und abruptes Verschwinden entsteht ein für das menschliche Auge und Ohr beeindruckendes Spektakel. Vögel, Hunde, Katzen, Eichhörnchen, Schlangen, Schildkröten und alle anderen Räuber stopfen sich voll mit den wehrlosen Insekten, zu tausenden werden sie von achtlosen Spaziergängern zerdrückt. Und darin liegt ihre Stärke.
Denn das zeitgleiche Auftreten zu Milliarden überfordert den kollektiven Appetit aller Räuber, so dass das Überleben der Art trotz hoher Verluste gewährleistet wird. Professor Simon nennt die Überlebensstrategie „Räubersättigung“ (predator satiation). Periodizität und Synchronität sind deren entscheidende Merkmale.
Um periodisch zu sein, muss eine Art eine feste Entwicklungszeit, x, von länger als einem Jahr haben, und an einem bestimmten Ort nur einmal alle x Jahre erscheinen. Evolutionär erklärt Chris Simon das Entstehen dieser Eigenschaft durch ungleiche Jahreskohorten der jährlichen Verwandten, von denen sich die periodischen Zikaden in Nordamerika vor etwa 3,9 Millionen Jahren abspalteten: „Individuen der jährlichen Zikaden bleiben drei, vier, oder fünf Jahre im Boden. Ungleiche Reproduktionsbedingungen führen zu guten und schlechten Zikaden-Jahren, und Individuen eines Spitzenjahres haben bessere Überlebenschancen.“ Um diesen Vorteil zu wahren, muss die nächste Generation wieder zeitgleich erscheinen, wofür ihr Wachstumsprozess während der Nymphenstadien (d. h. unter der Erde) synchronisiert sein müsste, was nicht der Fall ist: Zu gross ist der Einfluss unterschiedlicher ökologischer Voraussetzungen und Phänotypen auf das Wachstum des Individuums.
Anreiz für Leichtsinnigkeit
„Der einzig andere Weg, Periodizität zu erreichen, ist, indem die schneller Wachsenden auf die langsameren warten“, so Simon. Und diese Bedingung fördert einen langen Zyklus, mit einer langen Wartephase vor dem gemeinsamen Erscheinen. Wie die Insekten während der 13 oder 17 Jahre allerdings die Zeit zählen, ist umstritten. Fest steht, dass der extrem lange Zyklus vor Räubern schützt, da sich diese nicht auf das regelmässige Erscheinen der Zikaden verlassen, und ihren eigenen Lebensrhythmus nicht darauf einstellen können. Die Theorie, dass die Primzahlen des Erscheinungs-Rhythmus diesen Schutzeffekt noch verstärken, ist nicht bewiesen.
„Selektion für Periodizität und Synchronität gehen Hand in Hand“, sagt Simon, und führen zu „tollkühnem Verhalten: Magicicada sind sehr anfällig wenn sie aus dem Boden kommen, sie brauchen mehrere Tage bevor sie sich fortpflanzen können, und sind auffallend schlechte Flieger.“ Als Art können sie es sich leisten.
Mosaik der Populationen
Noch komplexer wird das Phänomen der Magicicada durch den Fehler beim Zählen der Jahre im Boden, der ihnen dennoch unterlaufen kann: Wenn eine kleine Gruppe verfrüht (oder verspätet) erscheint, was immer wieder vorkommt, werden die einzig durch ihre normalerweise riesige Anzahl geschützten Tiere aufgefressen, ohne sich fortpflanzen zu können. In der Evolutionsgeschichte der periodischen Zikaden gab es aber einzelne Jahre, in denen sich grosse, regionale Gruppen irrten – wahrscheinlich bedingt durch Umweltereignisse wie Temperaturschwankungen und Naturkatastrophen. Deren Nachfahren kehrten zurück zu den ihren Arten eigenen strengen Zyklen, womit geographisch und zeitlich definierte Populationen entstanden.
Diese sogenannten broods sind somit das Resultat eines temporären Wechsels des Lebenszyklus. Heute bestehen 15 broods, und ihre Verbreitungsgebiete bedecken die östliche Hälfte der USA wie ein Mosaik. Die geographisch definierten Kohorten bestehen (mit Ausnahme) entweder aus allen vier 13-jährigen oder allen drei 17-jährigen Arten und sind reproduktiv isoliert von ihren Artgenossen der anderen Populationen, da ihr Lebenszyklus zeitlich verschoben ist. Die aktuell auf einem heute nicht mehr zusammenhängenden Gebiet zwischen Georgia und New York und westlich bis Illinois erscheinenden periodischen Zikaden gehören zur Brood X, der grössten Population. Unabhängig davon werden auch dieses Jahr im Spätsommer die auf diesem Gebiet endemischen jährlichen Zikaden erscheinen.
Der lange Lebenszyklus der Zikaden macht sie für Laien schwer zugänglich, durch ihr geballtes Erscheinen sind sie dennoch unübersehbar und unausweichlich. In Washington D.C., einem „Epizentrum“ der Brood X, gibt es Kochkurse mit Zikaden-Rezepten (reich an Protein, Gluten-frei), seit Wochen wird das Erscheinen der #BroodX auf Twitter erwartet (Twitter selber gab es beim letzten Erscheinen 2004 noch nicht), und es kursieren Witze, in Washington unweigerlich politisch: Treffen sich zwei periodische Zikaden, sagt die eine zur anderen: „Ich war 17 Jahre lang unter dem Boden. Was zum Teufel ist mit Rudy Giuliani passiert?“
Weitere Links:
Sir David Attenborough hat das Phänomen der periodischen Zikaden Nordamerikas mehrmals in BBC Dokumentarreihen präsentiert, unter anderem „Life In the Undergrowth“ (2005, hier zu sehen) und „Planet Earth II“ (2016, hier zu sehen).