300亿「十七年蝉」即将破土而出，这种独一无二的生物是如何进化出来的？
17年蝉的若虫期长达16年，在第17年集体破土，然后交配生殖，仅仅数周之后生命就会逝去，后代再经历下个轮回。
所以，17年蝉，每隔17年才会出现。而这一次即将出现的17年蝉种群是十号周期群（brood X），上一次出现的时间是2004年。
虽然其它类型的蝉，也可能存在数年到十多年的若虫成长期，但它们并不会像17年蝉这样集体孵化，然后集体破土。
除此之外，还有周期蝉还有一个特殊的数学现象。无论13年周期蝉还是17周期蝉，他们的集体周期都是素数（也即质数）。
周期蝉的演化秘密究竟是什么？
周期蝉其实并非绝对的13年或者17年，而是具有一定的可塑性。
它们的周期会受到气候、生长季节等因素的影响。小部分个体被观察到早一年，晚一年，或者早四年，晚四年的破土情况。
当然，这并不是说，早一年、晚一年就变成了16年蝉或者18年蝉。
因为提前孵化出来的禅，通常都会被天敌吃掉，几乎不会存活下来。
天敌对个别不守规矩的禅的捕食，倒是为周期蝉起源的天敌说提供了一定的支撑。
该假说认为，蝉是一种很容易捕食的昆虫，几乎任何能抓到它们的东西都会吃掉它们。但如果蝉种群数量足够大，或者能避开天敌的捕食，就能生存繁衍小区。于是在长期的演化压力下，出现周期性。
周期蝉演化关系，mya=100万年
这个假说，是有一定支撑的。
因为，周期蝉的出现和鸟类等捕食者的密度，具有负相关。也就是说，周期蝉出现的时间，正好处在天敌最少的年份。不守规矩的蝉，在其它年份出土，自然就会面临更多的天敌。
但其实因果关系也可能完全反过来。主要摄食蝉的动物种群，会跟着蝉的总群数波动，而17年前出现的前一年，天敌数下滑到最低，当17年蝉出现的时候，遇到的天敌自然最少了。
除此之外，天敌假说也有缺陷。
所有的蝉都会面临天敌的选择，但周期蝉在整个蝉科动物中，其实仅仅只是少数种类。
除此之外，解释蝉周期的还有冰期说。
第四纪冰期处于300万年前-1万年前之间，正好有这么一个演化时间。
在冰河时期，由于常年低温，植被根系萎缩，蝉可能因为若虫的大量死亡，而呈现极低的密度。密度低了，成蝉的交配机会也就少了，从而造成后代越来越少。食物缺少的地质时期，小型哺乳动物和鸟类对蝉的捕食压力也会激增。一系列的连锁反应，从而对蝉形成了极强的选择压。
大量的蝉灭绝，为了完成发育，蝉的生命周期就会被延长，生长发育变得缓慢。
不同的蝉，通过不同的繁衍策略生存了下来，同时由于分布不同，所以不同的种群形成了不同生命周期长度。
周期蝉选择了地狱模式。
在冰期若虫成长期延长了，还需要经历一个长期的自然淘汰，才有可能形成固定周期。
例如一开始若虫生长期为7年，每年都有成虫出土。但冰期气候寒冷，出现地质降温的时候，就可能造成当年成蝉的大量死亡，乃至于灭绝。那么，和这一年相对应的7年后的那一年，出现的蝉也会大量减少。
经过长达100万年的选择，在生长期不断延长的过程中，一些年限周期的蝉就基本上被淘汰完了，剩下的蝉，自然就变得更加的具有周期性。
这种周期性形成的概率，相比起那些从冰河世纪“硬抗”下来的蝉，其实概率更低一些。这也就能解释，为什么周期蝉的种类，仅仅只是蝉科的少数了。
模拟数据显示，寒冷的环境下，对周期性的基因具有强选择性，而温暖的环境则并不明显：
周期蝉的演化其实处在灭绝边界，当年如果气候的变化，再稍微高出它们的承受阈值，其实就直接灭绝了。
但如果周期蝉的预期寿命长达50年，若虫期依旧是17年，生存压降低，它们这种周期性就会逐渐消失。但现实情况，成虫寿命不可能无限延长。
或许在演化史上出现过19年蝉，只不过它们最终还是因为对寒冷气候的承受阈值太低，而灭绝了。
当前，对于周期蝉周期是素数的特殊现象，有着一定的科学解释。
根据土壤积温的微小差异变化，周期出现在10~20年是合理的。
但为什么会是素数？
通过模拟发现，这可能和周期蝉种群的Allee效应有关（低密度时，个体适合度与种群密度之间的一种正关系）。演化过程中，偶数周期蝉频频相遇，发生激烈的种内竞争，同时发生杂交和退化，最终形成了素数的13和17年周期蝉[5]。
其实，从数学关系来说，如果存在10周期和15周期的蝉，它们每30年就会相遇一次。
如果存在12周期和16周期的蝉，它们每48年就会相遇一次。
存在16和18周期的蝉，则是144年相遇一次。
但如果是13周期蝉和17周期蝉，相遇的时间则是221年一次。
相遇时间越长，自然种内竞争就越小了。
另外，周期蝉在美国很长一段时间得不到好评的根本原因，在于早期殖民者把突然大量出现的周期蝉误认为是蝗虫。美国人看到成群的蝉就会联想到圣经上瘟疫，甚至至今人们都称呼周期蝉为蝗虫。哪怕周期蝉不会造成蝗虫那般的灾害，人们最关心的问题依旧如何杀死它们。
参考文献
Dance, Scott (May 16, 2017).'As cicadas emerge four years early, scientists wonder if climate change is providing a nudge'.The Baltimore Sun. RetrievedMay 21,2017.
scientificamerican：Noisy Cicadas Are Widely Misunderstood
Liebhold K . Avian predation pressure as a potential driver of periodical cicada cycle length[J]. American Naturalist, 2013, 181(1):145-149.
Ito H , Kakishima S , Uehara T , et al. Evolution of periodicity in periodical cicadas[J]. Scientific Reports, 2015, 5(1):14094.
Zhenyong, Du, Hiroki, et al. Mitochondrial genomics reveals shared phylogeographic patterns and demographic history among three periodical cicada species groups.[J]. Molecular Biology & Evolution, 2019.