Thomas Kahle
Im April 2024 wird es im Osten der USA zu einem Schauspiel kommen, dass man nur alle 17×13=221 Jahre erleben kann. Die 17-jährigen und die 13-jährigen Zikaden haben gleichzeitig ihr Brutjahr. Es wird biologisch in dieser Folge.
- Zirkadianer Rhythmus
- Magicicada
- Bob Dylon: Day of the Locusts (YouTube)
- MPG Presseinformation „Im Zikadenleben zählen Zahlen“ (2002)
- Mario Markus Homepage mit Literaturüberblick (Nature, Science, MoPo)
- Charles Lester Marlatt: „The periodical cicada“
- New York Times Artikel
- NPR Artikel
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6, 3, 6, 0, 7, 6, 0, 8,
Hallo zusammen, willkommen beim Eigenraum Nummer 33.
Ich begrüße euch an euren Empfangsgeräten. Ich bin heute schön ausgeschlafen,
habe schon meinen Kaffee getrunken, kein Jetlag. Ich nehme das hier heute nämlich
morgens auf, gleich als erstes an meinem Arbeitstag, wenn ich es mal so nennen will.
Das ist gut für meinen zirkadianen Rhythmus, also den Rhythmus des Wachseins,
den Rhythmus der Biologie.
Kann ich mal Wikipedia zitieren. Der zirkadiane Rhythmus ist nämlich die Fähigkeit
eines Organismus, physiologische Vorgänge auf eine Periodenlänge von etwa 24
Stunden zu synchronisieren.
Also der Tagesrhythmus. Zum Beispiel der Schlaf-Wach-Rhythmus.
Und ich habe genau geschlafen zu der Zeit, zu der ich immer schlafe und bin
deswegen jetzt schön ausgeschlafen.
Und weil die Tageslänge ja schwankt und dann gibt es noch die Zeitumstellung,
die uns ja auch bald wieder bevorsteht, muss das ständig neu synchronisiert
werden, dann gibt es lauter interessante biologische Prozesse.
Und das Ganze hat nun aber ziemlich wenig mit unserem heutigen Thema zu tun,
obwohl es auch mit Biologie und Zeit zu tun hat.
Und die Sendung heute ist von besonderem Interesse, wenn ihr sie gleich innerhalb
des ersten Monats oder der ersten paar Tage nach dem Erscheinen hört.
Also, wenn ihr das jetzt hört und es ist das Jahr 2031 und ihr hört mal alle
Eigenraumfolgen nach, dann habt ihr leider was Wichtiges verpasst,
weil im Jahr 2024 diese Geschichte hier spielt und zwar im Frühjahr.
Ja, also ihr habt mehr von der Sendung, ihr habt mehr vom Eigenraum,
wenn ihr es immer gleich am Anfang hört und den Podcast abonniert,
ja, also ich hab's euch gesagt.
So, also wer den Titel genau gelesen hat, der hat sich vielleicht schon gewundert
über den zirkadianen Rhythmus wegen des fehlenden R's.
Da steht nämlich Zikaden und ist auch kein Tippfehler.
Zikaden haben mit dem zirkadianen Rhythmus recht wenig zu tun.
Das sind nämlich Insekten, pflanzensaugende Insekten. So kleine,
man könnte sagen, Grashüpferartige Insekten.
Die werden auch Zirpen genannt und unterteilen sich in verschiedene Unterordnungen.
Zum Beispiel die Rundkopfzikaden und die Spitzkopfzikaden.
Und von denen gibt es mehr als 45.000 Arten, von denen über 600 Arten auch in
Deutschland beheimatet sind. Und die geben zum...
Paarungsruf, so ganz charakteristische Laute von sich, die so ein Zirpen sind.
Und deswegen nennt man die auch manchmal einfach Zirpen, die Tiere,
einfallsloserweise. Ich habe dann mal ChatGPT gefragt, was es noch so für Arten
von Insekten gibt, die Laute von sich geben.
Ob das eigentlich viele verschiedene sind oder wenige. Man kennt ja in Deutschland
so die Grillen. Und tatsächlich gibt es da auch ganz verschiedene Arten von
Grillen, zum Beispiel Feldgrillen und Maulwurfsgrillen.
Und dann gibt es noch noch Heimchen, Heuschrecken, Zwitscherschrecken,
Sinkschrecken und die sind alle bei uns beheimatet, sind unterschiedlicher Arten,
zum Teil richtig ganz verschiedene Tiere und geben so verschiedene Zirplaute
von sich, die man ja kennt, weil man die im Sommer oft hört.
Meistens benutzen die dafür so irgendwelche Körperteile, die sie aneinander
reiben, das machen jedenfalls die Grillen.
Die Zikaden haben dafür sogar ein eigenes Instrument, das sogenannte Tymbal.
Das funktioniert so durch wie so eine Trommel. Die ziehen dann irgendwie so
einen Muskel zurück und hauen ihn dann irgendwie auf ihren Hinterteil.
Und dann kommen diese Laute raus.
Interessant, oder? Also Dinge, die man alles in einem Mathe-Podcast lernen kann.
Also wenn die Zikaden sich vermehren, dann liegt jedenfalls ein Tier,
das weiblich gelesene Tier, liegt Eier.
Und die müssen befruchtet werden. Und bei der Partnersuche kommen eben diese
Laute, dieses Zirpen zum Einsatz.
Die synchronisieren sich auch ganz stark. so dass die dann so ganze Konzerte
machen, also ganze Populationen gleichzeitig zirpen. Kann sehr laut werden.
Und das Ei wird abgelegt und daraus schlüpft dann eine Larve,
wie das bei Insekten manchmal so ist und die verändert sich dann immer wieder,
verpuppt sich, häutet sich und so weiter bis zu fünfmal.
Daraus entsteht das neue Insekt und so läuft dann der Kreislauf der Natur,
wie man ihn aus dem Bio-Unterricht kennt. So, aber nun ist das ja wirklich gar
kein Bio-Podcast hier und soll auch keiner werden.
Jetzt kommt nämlich die Mathe ins Spiel, weil die Dauer dieses Larvenstadiums
bei verschiedenen Arten sehr unterschiedlich sein kann.
Also bei den Zikaden, über die ich jetzt hier rede.
Legen die so Eier, die sind erst in so Baumrinde, glaube ich,
drin und irgendwann schlüpfen daraus die Larven,
die fallen dann zu Boden und buddeln sich da ins Erdreich ein und dann machen
sie ihr Verpuppungsstadium und ihre Entwicklung im Erdreich durch.
Und wenn sie dann bereit sind, kommen sie raus, paaren sich wieder,
wieder Eier legen und alles von vorne.
Und die Zeitdauer dieses Larvenstadiums, die kann jetzt bei den unterschiedlichen
Arten sehr unterschiedlich sein. Normal ist zum Beispiel so eine Saison,
ein Winter, sodass immer wenn es warm ist, machen die Tiere ihre Party,
kommen raus und wenn es kalt ist, sind sie im Boden.
In wärmeren Gefilden wie in Südostasien oder so, da kann es auch mehrere Populationen
oder mehrere solche Bruten pro Jahr geben und es könnte auch länger als ein Jahr sein.
Und da kommen wir jetzt zu dieser speziellen Gattung von Zikaden,
der sogenannte Magizikada.
Und das klingt schon irgendwie so nach magischer Zikade und die sind auch relativ magisch.
Bei denen ist es nämlich so, dass dieses Larvenstadium 13 oder gar 17 Jahre dauert.
Also die haben ihr Festival, wo sie alle rauskommen.
Also das ist wirklich wie so ein Musikfestival. Weil erst machen die ihre ganze
Musik, dann eben ganz viel Paarung und dann sterben alle.
Also und die Larven sind im Boden und verkriechen sich und brauchen dann 17
Jahre, bis sie so fast volljährig sind. Und dann kommt eben das nächste Festival.
Und es gibt eben diese Magizikada, von der auch wieder sieben Unterarten bekannt
sind. Und die haben aber jedenfalls alle diesen Rhythmus, entweder alle 13 Jahre oder alle 17 Jahre.
Und daher werden die Viecher auch als periodische Zikaden bezeichnet,
weil man die eben dann nicht jedes Jahr beobachten kann, sondern nur in so großen Abständen.
Also wenn man die als Kind beobachtet hat, dann kann man das vielleicht nur
einmal als Kind machen und dann muss man eben 13 Jahre warten und dann ist man
schon erwachsen, wenn das das nächste Mal passiert. Das bezieht sich jetzt vor allem auf die USA.
Also diese Magi-Zikada kommen in dem Osten der USA vor und dann gibt es eben
alle 13 oder 17 Jahre dieses Massenauftreten der Tiere, weil das wirklich dann
ein extrem großes Ereignis ist, also richtige Touristenattraktion.
Die schlüpfen dann alle und dann ist alles voll mit diesen Tieren, es ist extrem laut.
Und dieses Festival, das dauert einige Wochen und danach hat man eben diese
Massen an toten Zikaden, die man dann, wenn man das in seinem Vorgarten hat,
auch irgendwie mit einer Schaufel beseitigen muss oder so.
Und die sollen aber übrigens guter Dünger sein. Aber vielleicht ist es dann
auch ein bisschen viel Dünger, muss man auch spenden an irgendwelche Leute,
die keine Zikaden haben oder so.
Im Leben sind diese Zikaden übrigens völlig harmlos, deswegen ist es auch für
Kinder geeignetes Ereignis.
Stechen nicht, übertragen keine Krankheiten, die meisten sind essbar.
Zum Beispiel kann man diese periodischen Zikaden, habe ich gelesen,
als Paella auf Pizza oder als Sushi essen.
Das ist wohl da in den entsprechenden Gebieten so üblich. Weiß nicht, wie verbreitet das ist.
Und es gibt auch so eine geografische Verteilung, also eher so im Norden der
Ost-USA sind die 17-jährigen Zikaden verbreitet und im Süden eher die 13-jährigen Zikaden.
Aber es gibt eben auch diese Überlappgebiete, wo beide Arten auftreten.
Und da muss man sich das vorstellen, das ist wie so ein Volk,
es gibt dann in einer Region ein so ein Volk und das ist dann 17 Jahre im Boden
und kommt dann wieder raus.
Nach 17 Jahren. Und dann diese verschiedenen Völker, die in verschiedenen Regionen leben,
die könnten dann in unterschiedlichen Jahren rauskommen, aber in einer Region
ist es eigentlich synchronisiert auf ein so ein Volk, was dann diesen 17-Jahres-Rhythmus hat.
Und das sind dann immer schon ziemliche Happenings. Also es gibt zum Beispiel
so einen Bob Dylan Song, Day of the Locusts, aus den 70ern darüber.
Der hat es aber verwechselt, weil Locusts sind glaube ich eigentlich die Grashüpfer,
wenn ich meine Englischkenntnisse jetzt, wenn ich mich auf die verlassen kann.
Also genau nicht die Zikaden, biologisch gesprochen. Aber naja,
Bob Dylan war ja auch kein Biologe. Aber ich will ja mathematisch sprechen und
die erste Frage, die ich mir dann sofort stelle, ist natürlich,
wo kommen diese Primzahlen her?
Warum 13 und 17? Das sind ja beides Primzahlen. Meine Lieblingszahl ist ja auch die 17.
Wie kommen die davor?
Warum 13 und 17? Warum nicht 1 und 5 oder 2 oder 4? Und es gibt ein paar direkte
Erklärungen, die Primzahlen vermeiden natürlich, Teiler zu haben.
Und das kann evolutionär ein Vorteil sein, weil für die verschiedenen Populationen,
die jetzt Fressfeinde von den Zikaden sind, irgendwelche Jäger,
die haben auch irgendwelche Jahresrhythmen. Also ein paar von denen treten nun jedes Jahr auf.
Dann ist es erstmal gut, ein paar Jahre nicht da zu sein.
Also wenn man so einen schönen langen Rhythmus hat, dann ist man erstmal ein
paar Jahre nicht da, dann können die sich schon mal nicht darauf einstellen,
regelmäßig das Futter zu haben.
Und insofern ist es schon mal gut, einen mehrjährigen, so einen Fortpflanzungszyklus zu haben.
Und manche von diesen Jägern, die tauchen dann aber auch nur alle paar Jahre
auf, also sie versuchen sich daran anzupassen evolutionär, also manche Jäger,
die tauchen dann nur alle drei Jahre auf und ...
Wenn ein Jäger jetzt zum Beispiel jedes dritte Jahr nur erscheint,
dann haben die durch ihre Primzahljährigkeit gewisse Vorteile.
Die vermeiden nämlich die Jäger so lang wie es geht.
Also angenommen, sie treffen sich zum Beispiel im Jahr 0, dann kommt der Jäger
ja drei Jahre später wieder, 6, 9, 12, 15, 18 Jahre später, verpasst also genau
die 17, wo die Zikaden wieder auftauchen würden.
Und wegen der Primzereigenschaft ist das jetzt so eine ganz kleine Rechnung,
also wenn die sich treffen nach n Generationen von Jägern und k Generationen von Zikaden,
dann ist ja n mal 3 gleich k mal 17 und dann muss eben 17 das n teilen und 3
das k teilen, wegen der Eindeutigkeit der Primfaktorzerlegung,
über die hier auch schon berichtet wurde in der Folge mit dem schönen Namen Definitionssache.
Und deswegen ist es also frühestens, das nächste Aufeinandertreffen ist erst
nach genau 3 mal 17 gleich 51 Jahren,
also die längstmögliche Zeitspanne und viele Generationen, 17 Generationen von
Jägern müssen ohne die Zikaden als Futter auskommen.
Und in den Jahren, wo sie sich treffen, ist die evolutionäre Strategie der Zikaden
dann die völlige Überfüllung und Verfettung ihrer Feinde.
Also da gibt es dann so viele Zikaden, dass die Menschen, die mit Schaufeln
wegschaffen müssen und die Räuber nicht alle essen können und die,
die alle essen, die kriegen dann Herzprobleme oder so.
Man kann das auch richtig mit so Evolutionsmodellen unterfüttern.
Also da gab es mal einen Max-Planck-Forscher, nenne ich das mal,
weil der an einem Max-Planck-Institut gearbeitet hat, Mario Marcus.
Der hat so ein dynamisches System
modelliert, mit dem er den evolutionären Vorteil auch zeigen konnte.
Ich weiß nicht genau, wie viel das über eine einfache Erklärung von diesem Teilbarkeit
hinausgeht, die ich gerade gemacht habe. Aber es hat damals große Wellen geschlagen, so 2001.
Da haben unter anderem Nature Science und die Berliner Morgenpost darüber berichtet.
Und ich denke, das ist ja so das Triple an Zeitschriften, die man erreichen
will, wenn man in der Wissenschaft was ist.
Und ich glaube, was die Leute damals eigentlich fasziniert hat,
ist, dass die Natur die Eigenschaft Primzahl zu sein, selbst produziert.
Also der Evolutionsprozess hat die Primzahl hervorgebracht, weil die Zikadenstämme,
die auf einem zwölfjährigen Rhythmus waren,
schneller ausgestorben sind, schlechtere Überlebenschancen hatten,
weil sie eben durch die vielen Teiler der Zwölf ihre Feinde sehr oft getroffen haben.
Das gleiche könnte bei der 16 sein und dann ausgestorben sind und übrig geblieben
sind die Mutationen, die das um ein Jahr noch verlängert haben.
Also es gibt zwei evolutionäre Mechanismen. Der eine ist erstmal einen möglichst
langen Rhythmus zu haben,
um die Jäger verhungern zu lassen und der zweite Prozess ist es,
diese Zahlen mit vielen Teilern zu vermeiden, um so kurzperiodische Jäger möglichst
zu vermeiden und die möglichst selten zu treffen.
Ja, und das hat die Leute fasziniert. Also das gibt irgendwie dieser Debatte,
erfinden wir die Mathematik oder entdecken wir die Mathematik in der Natur nochmal
einen ganz klaren Spin in die Richtung, die Mathematik ist da und wir entdecken
sie, wir sehen sie hier in der Natur.
So, von diesen periodischen Zikaden gibt es verschiedene Bruten und die wurden
von einem Menschen namens Charles Lester Marlett beschrieben,
Ende 19. bis Anfang 20. Jahrhundert.
Das ist auch ein ganz interessanter Typ, der hat damals schon Bioengineering betrieben.
Der hat nämlich die Marienkäfer in die USA importiert, um Blattläuse zu bekämpfen.
Habe ich in meinem Garten auch schon mal gemacht, Marienkäfer als Nützlinge eingesetzt.
Und der hat jedenfalls die Zikaden beschrieben und diese Regelmäßigkeiten mit
den 13 und 17 Jahreszyklus.
Erstmalig beschrieben und es ist auch jetzt noch das Standardwerk,
was er 1907 veröffentlicht hat über die periodischen Zikaden.
Er teilte sie in 30 verschiedene Bruten ein, von denen dann aber nur 15 wirklich
nachgewiesen werden können. Also diese Bruten, das sind dann so einzelne Völker.
Ja, also das könnte so sein, dass in einem Teil der USA vielleicht alle 17 Jahre
diese Zikaden auftreten und in einem anderen Teil auch alle 17 Jahre,
aber um drei Jahre verschoben.
Und 30 ist 17 plus 3, weil er eben für jedes Jahr jede Zikade irgendwo nachweisen
wollte, aber das hat sich herausgestellt, dass es nicht möglich ist.
Also anscheinend gibt es so ungefähr 15, die wirklich nachgewiesen wurden.
Und die haben aber alle einen 13er oder einen 17er Rhythmus,
sind aber unterschiedlich verschoben, je nachdem, wo sie leben.
Und beispielsweise, die Brut 13, die schlüpfte 2007 in West Virginia das letzte Mal.
Und die Brut 19 hingegen, die tauchte 2011 das letzte Mal auf.
Und wenn ihr gut im Kopf rechnen seid, dann merkt ihr jetzt was.
Wenn die Brut 13 nämlich 17-jährig ist, okay, das ist jetzt ein bisschen verwirrend,
aber es ist so, die Brut 13 ist 17-jährig und die tauchte 2007 das letzte Mal
auf, dann taucht die 2024 wieder auf.
Und die Brut 19, die ist 13-jährig, die tauchte 2011 das letzte Mal auf,
dann taucht die auch dieses Jahr wieder auf.
In diesem Jahr 2024 treffen die beiden Zikadenarten in dem Überlappungsgebiet,
wo es sie beide gibt, aufeinander.
Und es gibt ein Happening, wie es seit 13 mal 27 gleich 221 Jahren nicht stattgefunden hat.
Aus dem gleichen mathematischen Mechanismus, weil 13 und 17 Primzahlen sind,
findet das eben nur alle 13 mal 17 gleich 221 Jahre statt,
dass beide Zirkadenpopulationen auf einmal ihr Brutjahr haben.
Genau genommen war das letzte Mal also 1803, vor 221 Jahren.
1803 war Thomas Jefferson Präsident der USA, der dritte Präsident der USA.
Und das nächste Mal ist dann 2245 dran.
Und dann ist halt entweder Joe Biden oder Donald Trump Präsident, glaube ich.
Wahrscheinlich so Köpfe im Glas, wie bei Futurama, falls das noch jemand kennt.
Wäre jetzt meine Schätzung, wie es dann mit der US-Politik aussieht.
Und die Tiere werden so im späten April auftauchen und es wird das absolute Happening.
Also ich denke mal, wenn ihr jetzt denkt, ich muss da noch hin und das mitkriegen,
dann könnte es schon schwierig sein mit den Flugtickets und so.
Ist wahrscheinlich schon alles ausgebucht.
Und im amerikanischen Midwest werden ungefähr so eine Billion Tiere erwartet.
Ja, irgendwo habe ich gelesen, wenn man die hintereinander legt,
das ist wieder so ein super Vergleich, ja.
Also wenn man diese Tiere so hintereinander legen würde, wäre das ungefähr 33
Mal die Strecke zum Mond und zurück.
So viele. Ja, also falls ihr euch bei einer Billion nichts vorstellen könnt,
dann wisst ihr ungefähr 33 Mal bis zum Mond und zurück, wenn man die Tiere so hintereinander legt.
So, also, wenn ihr diese Wenn ihr diese kurze, knackige, newshaltige Folge noch
rechtzeitig hört, dann könnt ihr euch das Spektakel noch anschauen,
anhören oder dann beim Aufräumen helfen.
Und falls es jetzt hier jemand hört, der oder die mit Biologie sich wirklich
auskennt, vielleicht sogar mit Zikaden, ZikadenforscherInnen aufgepasst, was passiert jetzt,
wenn es da, ich sage mal, Genaustausch zwischen diesen Populationen gibt?
Entsteht dann eine neue Zikadenart mit 221-jähriger Periode oder der nächsten
Primzahl oder dem größten gemeinsamen Teiler?
Welche Regeln gelten eigentlich bei der Rekombination von so primzahlperiodischen
Zikadenarten? In welchen Arten werden da größte gemeinsame Teile,
kleinste gemeinsame Vielfache oder andere Kombinationen als neue Paarungsperioden entstehen?
Ja, also schreibt es in die Kommentare auf Mastodon am liebsten oder wo auch
immer ihr den Eigenraum finden könnt und dann freue ich mich da etwas Neues dazu zu lernen.
Und genieße jetzt erstmal den Frühling und harre dem ostamerikanischen Frühling,
in dem sich dieses Spektakel dann vollziehen wird.
Macht's gut, schaltet auch nächstes Mal wieder ein, empfehlt uns weiter. Bis behalt.
It’s happening:
https://apnews.com/article/periodical-cicada-invasion-bugs-everywhere-locusts-evolution-e57f708cdcf144a20fe8f694e95b5d44
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