17 цикадных лет

[avva]

Очень интересная статья о том, как периодические цикады - те, которые сидят в земле 17 лет а потом все одновременно миллионами выходят наружу - отмеряют это время.

How 17-year cicadas keep track of time

Личинки цикад проводят 17 лет под землей, питаясь соками из корней деревьев. После того, как прошло 17 лет, они выползают на поверхность весной в первый достаточно теплый вечер (из многочисленных наблюдений известно точно, какой должна быть температура). В разные годы и в разных местах этот вечер выпадает на разные месяцы, от мая до июля; но в данном конкретном месте в данный год все миллионы цикад выползают практически одновременно, в течение нескольких дней.

Личинки цикад за время пребывания под землей проходят пять стадий развития, но они проходят их с разной скоростью (наверное, это зависит от количества питания, которое находят). К тому году, когда пора вылезать, личинки заметно отличаются друг от друга по размеру, иногда в 10 раз. Но тем не менее, что-то говорит им, что прошло 17 лет и пора прорывать туннель к поверхности, и ждать там, у поверхности, несколько недель наступления нужной температуры, чтобы вылезать наружу.

Авторы этой статьи проделали следующий эксперимент в конце 90-х: выкопали личинок, которые были на 15-м году своего цикла, и пересадили их на корни специально культивированного варианта грушевого дерева, которому они умеют искусственным образом, варьируя освещение и температуру в теплице, навязать ускоренный годичный цикл - дерево проходит его за полгода. Половину личиной подсадили к дереву, которому ускорили цикл, половину - контрольную группу - к другому дереву с обычным циклом. Результат: почти все пережившие эту процедуру личинки "ускоренного" дерева вылезли на поверхность на год раньше срока. В контрольной группе все вылезли в положенный срок. При этом разница в температуре на глубине, где живут личинки, между двумя группами была незначительной.

Вывод: цикады следят за временем, по-видимому, не по каким-то внутренним календарным часам, а используя информацию о перепаде количества соков, которые они потребляют из корней.

Красиво!

P.S. Если обратить внимание на все численные подробности в статье, то тоже довольно интересно. При пересадке выживает очень мало личинок, не больше 10%. В итоге число выползших на поверхность цикад в эксперименте было весьма невелико - 11 в основной группе и всего 2 (!) в контрольной. Это не значит, конечно, что результат не получен - в обычных условиях на год раньше цикады не выползают вообще, не отмечено таких случаев, так что выглядит все равно убедительно. Но забавно все равно, насколько триумфальное описание научного результата может опираться на столь малое число данных. Авторы также пытаются показать статистическую значимость, используя совсем уж некрасивый подсчет: "Считая каждую личинку отдельным независимым экспериментом (необязательно оправданное предположение), мы находим статистическую значимость раннего появления личинок в сравнении с обычным сезоном (G=4.43, P=0.0035)". Понятно, что считать личинки независимыми экспериментами в данном случае более чем нелепо, и вычисленные оценки мягко говоря неубедительны. Но таковы правила игры: как-нибудь извернуться и найти хорошее P-значение.

Comments

[prijutme4ty.livejournal.com]

А вот интересно, что бамбук, судя по всему, напротив имеет свои внутренние часы, обусловленные генетикой. Притом иногда с гигантским периодом, например, в 120 лет. Вот cтатья на эту тему (http://phenomena.nationalgeographic.com/2015/05/15/bamboo-mathematicians/?fb_action_ids=695244590576710&fb_action_types=og.likes&fb_ref=.VW2hby-TB5Y.like).

[kobak.livejournal.com]

А почему это "более чем нелепо"? Разве кажется более вероятным, что цикады могут друг друга подталкивть, когда начинают вылезать?

(Мелочь: у Вас написано, что "половину" цикад подсадили туда, а половину сюда, но на самом деле, вроде бы, 100 и 30.)

А представьте себе экосистему планеты красного карлик

[(Anonymous)]

Которых как известно очень много. Вот, планета повёрнута к светилу всегда одной стороной. Нет времён года, нет времён суток. Где тень, там всегда тень. Где свет, там всегда свет. Ветер всегда с одной стороны и одной силы. На каждом пригорке своя уникальная экосистема, неспособная выжить на соседнем пригорке, узко заточенная под местные условия. Все живые существа очень тонко приспособлены друг к другу, скорее всего в отношениях симбиоза. Допустим, там возникает разумная жизнь, как она может выйти в космос? Ей для этого надо всех симбионтов с собой тащить, всю экосистему.

[janatem.livejournal.com]

Такого рода результаты как-то не очень впечатляют. С точки зрения инженерии организмов отсчитывать 17-летний период представляется нехитрой задачей, можно использовать множество разных способов. Другое дело — объяснение того факта, что у цикад период составляет простое число лет (но может различаться для разных подвидов). Меня оно впечатляет гораздо больше (даже независимо от того, верное ли оно).

[inkogniton.livejournal.com]

Про пересадки ничего не знаю, но пару лет назад, когда мы были в Принстоне, был как раз семнадцатый год. До Принстона они не долетели, но в Нью-Брунсвике их было полно. А я их всё ждала, боялась (терпеть не могу) и ждала с опасением:)

[vdinets.livejournal.com]

На самом деле ошибки на год в обе стороны в природе случаются довольно часто.

[liveuser.livejournal.com]

Вы наверняка читали, но все же - Плахов о схожих статистических проблемах в т.н. "доказательной медицине" - http://plakhov.livejournal.com/223393.html

[kobak.livejournal.com]

Кстати, даже если предположить, что они могут друг друга подталкивать, то в статье подсадили 100 цикад к 5 деревьям, по 20 штук к каждому. При этом нигде не написано, как вылезшие 11 цикад были распределены по этим пяти деревьям (уж деревья-то точно можно считать независимыми)! Странное упущение.

не знал

[nevelichko.livejournal.com]

ссылку не подскажете?

Re: не знал

[vdinets.livejournal.com]

Где-то в дебрях magicicada.org, точно не помню.

[occuserpens.livejournal.com]

11/2 для статистики как-то мало

[jmyshanya.livejournal.com]

А человеческие личинки в 6-7 лет осенью первый раз выползают в школу...

[eisenberg.livejournal.com]

Нет, это как раз банально: уйти от короткопериодических хищников.

[batcu.livejournal.com]

Вот тоже интересное с Элементов:

Цикады — крылатые насекомые, появившиеся ок. 1,8 млн лет назад в эпоху плейстоцена, когда ледники попеременно занимали и оставляли территорию Северной Америки. Цикады из рода Magicicada (так называемые периодические цикады) проводят большую часть своей жизни под землей, питаясь соками корней растений, после чего выбираются на поверхность, где спариваются и быстро умирают. Этим существам свойственна одна удивительная особенность: время их появления из земли соответствует периодам, длительность которых обычно составляет 13 или 17 лет, т. е. является простым числом.

Исследователи предполагают, что формирование циклов длиной в простое число лет обусловлено тем, что таким образом повышается вероятность избежать встречи с более короткоживущими хищниками и паразитами. Например, если бы жизненный цикл таких цикад составлял 12 лет, они стали бы более легкой добычей для всей совокупности хищников с продолжительностью жизненных циклов 2, 3, 4 или 6 лет. Марио Маркус из Института молекулярной физиологии Общества Макса Планка (Дортмунд, Германия) вместе со своими коллегами обнаружил, что подобные «простые» циклы складываются естественным образом при математическом моделировании эволюционных изменений в результате взаимодействия «хищник–жертва». В ходе эксперимента моделируемым при помощи компьютера популяциям цикад были изначально приписаны случайные значения длительности жизненных циклов. Спустя определенное время последовательность мутаций неизменно приводила к выработке у моделируемых цикад стабильного цикла из простого числа лет.
http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432554/Velikaya_matematika_Glavy_iz_knigi

[avva.livejournal.com]

Я почему-то думал, что все 8 были с одного дерева, но перечитав сейчас статью, соглашаюсь, что там этого не сказано. Написал автору с просьбой прояснить.

[avva.livejournal.com]

"I went back and looked at my notes from this experiment. Four of the five trees that were in the accelerated photoperiod treatment had cicadas eclose and two of the five in the control treatment had eclosion."

[janatem.livejournal.com]

Не-не, речь идет не о тривиально долгом периоде, а о том, что этот период составляет именно простое число лет, чтобы уменьшить конкуренцию между близкими видами.

[eisenberg.livejournal.com]

Если бы период не составлял простое число лет, то короткопериодические хищники могли бы войти с ним в резонанс (скажем, каждое третье поколение обжирается, а остальные как повезёт), вот что я имел в виду. При чём тут конкуренция между близкими видами? Если вы хотите разойтись с близким видом, достаточно иметь с ним взаимно простые периоды (необязательно простые сами по себе). В этом плане 15 и 16 так же хорошо, как 13 и 17.

[avva.livejournal.com]

Тут есть некоторая сложность с тем, что этих короткопериодичных хищников никто никогда не видел.

[larisaka.livejournal.com]

У нас недавно в 2013 был как раз гранд финале 17-летнего цикла, это ужасно интересно!
Во-первых, я себе не представляла, что это может быть так громко. Полное впечатление, что стоишь на платформе и в пяти метрах проносятся поезда, или самолет рядом где-то идет на взлет, просто оглушающе. Во-вторых, период этот растягивается на недели три по крайней мере. Вот мы уже думали, что они ушли, а попали в чуть-другое место нашего леса, и опять гудит. И идешь-идешь по лесу - тихо, и вдруг поляна - все в цикадах, отойдешь на 200 метров - опять ничего. Потом, когда они уже исчезают, долго очень четко видно, где их было много - они прогрызают концы тонких веток и эти веточки надломаны висят пожелтевшие, как ураган пронесся местами. В общем, здорово.

[eisenberg.livejournal.com]

Вот этим мне не нравится биология: с ней вечно такая хрень. Только придумаешь стройное объяснение, а тут...

Все умерли?

[bakabaka.livejournal.com]

Хищники, в смысле. Кажется, Докинз про них тоже где-то писал, что цикады победили :)

[yanek.livejournal.com]

Похоже конкуренты с дургой периодикой просто вымерли.

[janatem.livejournal.com]

Почему же вымерли? Есть 13- и 17-летние виды, возможно, были виды с другими циклами (тоже простыми). Если два таких вида обитают в одном месте, то крайне редко будут мешать друг другу в моменты роения (или как там у них называется процесс вылета и спаривания).

Получается такая кооперация между конкурентами.

[http://users.livejournal.com/_hellmaus_/]

Теперь бы еще разобраться, как наши улитки-прудовики (http://elementy.ru/novosti_nauki/432564/Serotonin_materi_opredelyaet_tip_povedeniya_molodoy_ulitki) отсчитывают времена года и даже _фазы Луны_, сидя в подвале с постоянной температурой и искусственным освещением...