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lunes, 19 de julio de 2021

El extraño caso de las cigarras periódicas y los números primos

 

Mientras caminaba el pasado 9 de junio hacia el Air Force One que iba a transportarle en su primera visita oficial a Europa, el presidente Joe Biden tenía una cigarra sujeta al cuello de su camisa. 

En una docena de estados del este de Estados Unidos, desde Nueva York hacia el oeste hasta Illinois y hacia el sur hasta el norte de Georgia, viven siete especies de cigarras del género Magicicada ("cigarra mágica" en latín) conocidas como “cigarras periódicas de trece y diecisiete años”, un nombre más que merecido habida cuenta de que en las localidades en las que viven todos los individuos emergen como adultos a la vez el mismo año, las de diecisiete años en el norte y las de trece en el sur y en el valle del Mississippi. De hecho, el nombre latino de las dos especies, M. septendecim, en el caso de las cigarras con ciclo de vida de diecisiete años, y M. tredecim, en el de las de trece años, recuerda esa característica.

En cambio, en el caso de las especies “asincrónicas”, que son mayoría entre las tres mil especies de cigarras que existen en el mundo, algunos adultos maduran y emergen cada verano mientras el resto de la población continúa desarrollándose bajo tierra. Como algunas de ellas se ven todos los veranos, en se les llama cigarras “anuales” por concluir erróneamente que tienen ciclos de vida de un año. No es así: los pocos ciclos de vida conocidos de las cigarras "anuales" oscilan entre dos y diez años, aunque algunos podrían ser más largos.

Las cigarras Magicicada septendecim tienen uno de los ciclos de vida más longevos de todos los insectos conocidos: desde el huevo hasta la muerte natural del adulto transcurresn diecisiete años. Salvo un par de meses de vida adulta (imago), la mayor parte de ese tiempo se mantienen en estado de larva subterránea alimentándose gracias a la savia que succionan de las raíces de los árboles hasta que, llegada la primavera, emergen como gigantescas procesiones de ninfas que pronto se transformarán en nubes de cigarras adultas voladoras que se aparean, ponen huevos y mueren en apenas ochos semanas. En este video puede verse el ciclo completo.

Este año tocaba, así que a caballo entre la primavera y el verano y durante varias semanas, los asombrados habitantes del este de Estados Unidos han visto poblarse los campos de una ruidosa multitud de cigarras que parecen surgidas de la nada y se posan dónde pueden y sin contemplaciones, aunque se trate de la camisa del inquilino de la Casa Blanca.

Las especies de Magicicada son insectos hemimetabólicos que pasan casi toda su vida en estado de larva subterránea. Mientras están enterradas a medio metro bajo el suelo experimentando una metamorfosis de cinco etapas, las larvas se alimentan gracias a la savia que succionan de las raíces de los árboles. Se piensa que la diferencia en el ciclo de vida de trece y diecisiete años es debida al tiempo que las distintas especies necesitan para que madure la segunda etapa.

Y es que las larvas se desarrollan bajo tierra a ritmos diferentes. Si alguien cavara en busca de larvas de cigarra una década después de que hubieran pasado a la vida subterránea, encontraría larvas de varios tamaños y en diferentes fases de desarrollo. Sin embargo, si cavara el año decimosexto, todas las larvas estarían en la misma etapa. De alguna manera, y nadie sabe cómo, los individuos más rápidos saben que deben esperar mientras que los más tardos se ponen al día.

Una vez completada la metamorfosis de todas las poblaciones de una determinada localidad, desde finales de abril hasta principios de junio del año que corresponda las larvas maduras del quinto estadio construyen túneles hacia la superficie y, expectantes a unos 20 cm de profundidad, aguardan a que la temperatura del suelo supere un valor crítico (alrededor de 18° C).

Las cinco etapas larvarias subterráneas de una cigarra periódica. Entre cada etapa, la larva muda para poder aumentar de tamaño. El tamaño real de la larva de la quinta etapa es de unos dos centímetros. 

Alcanzada esa temperatura, millones de larvas maduras emergen sincrónicamente entre finales de abril y principios de junio dependiendo de la localidad. Comienzan a emergen al atardecer, un surgimiento crepuscular que probablemente obedezca a que hacerlo proporciona a las indefensas larvas ápteras una protección contra los depredadores diurnos. Durante el resto de sus vidas, las cigarras maduras serán exclusivamente diurnas hasta el punto de que su estridente canto prácticamente cesa por la noche.

Una vez expuestas al aire libre, las larvas se desprenden de sus viejos exoesqueletos y trepan por los árboles hasta encontrar una superficie vertical adecuada donde completarán su transformación en adultos. Después de conseguirlo, las larvas se someten a una muda final y luego pasan unos seis días en los árboles mientras despliegan por completo las alas y se endurecen los nuevos exoesqueletos, lo que les convertirá en adultos tenerales aptos para volar y sexualmente maduros

Las cigarras periódicas adultas viven solo unas pocas semanas; a mediados de julio, todas suelen estar muertas, porque la función de la efímera fase adulta está destinada a un solo propósito: la reproducción. Así que, una vez completada la metamorfosis, los machos se agrupan en coros que chirrían haciendo frotar los timbales en un estrepitoso concierto que resulta irresistible a las hembras. El sonido de un coro puede resultar literalmente ensordecedor y, dependiendo del número de machos que lo compongan, puede alcanzar los cien decibelios en las inmediaciones del árbol en el que se posen. 

Una cigarra adulta emerge del exoesqueleto de una larva de quinta fase. Durante un tiempo, la cigarra recién emergida es blanquecina y tienen una textura blanda hasta que su exoesqueleto se oscurece y sus alas se vuelven firmes para emprender el vuelo.

Las hembras responden a las llamadas con seductores movimientos de alas sincronizados que atraen como imanes a los machos. Realizado el apareamiento, las hembras fecundadas tallan hendiduras en forma de V en la corteza de las ramitas jóvenes y ponen unos veinte huevos en cada una hasta completar una puesta total de varios cientos de huevos.

Durante los dos meses posteriores a la aparición de los imagos, el ciclo se completa y los adultos mueren. Al cabo de entre seis y diez semanas los huevos eclosionan y las larvas del tamaño de un grano de arroz que no se parecen nada a sus progenitores descienden hacia al suelo y excavan hasta enterrarse para dar comienzo a la prolongada fase del ciclo vital que las mantendrá sepultadas durante los siguientes trece o diecisiete años. 

Imago de Magicicada septendecim.


La metamorfosis es un fenómeno común en los insectos, pero ¿a qué puede deberse la periodicidad sincrónica de la maduración de los adultos? Es evidente que hacerlo aumenta sus posibilidades de lograr una misión clave: encontrar pareja. Además, es muy posible que un ciclo de vida tan poco habitual sea una estrategia evolutiva similar a la vecería, un fenómeno o cualidad que presentan muchos árboles que son capaces de generar una gran producción de frutos un año y para dar muy pocos al siguiente.

Para explicar la ventaja adaptativa de un ciclo de vida tan largo, cabe pensar que cuando emergen las cigarras adultas en concentraciones de 45.000 a 65.000 individuos por hectárea (en 2016, las cigarras periódicas en algunas áreas se congregaron en densidades de tres millones de insectos por hectárea), sus depredadores disponen de una gran cantidad de alimento, lo que provoca lo que los entomólogos llaman una defensa de “saciedad de depredadores”. Cualquier depredador que se alimente de cigarras, ya sea un zorro, una ardilla, un murciélago o un pájaro, comerá hasta saciarse mucho antes de consumir todos los insectos de la zona, dejando atrás a muchos supervivientes.

Después de que los depredadores se hayan atiborrado de cigarras, los afortunados sobrevivientes quedan libres para aparearse. Pero se trata de una fuente de alimentos muy esporádica, que sólo dura unas semanas y no vuelve a aparecer hasta pasados varios años. Por lo tanto, los depredadores han de buscarse una fuente alimenticia alternativa, lo que favorece que cuando las cigarras vuelvan a emerger años después sufran una presión depredadora inferior a la que sería de esperar.

Pero si esto fuera así, la estrategia funcionaría igualmente si en lugar de trece y diecisiete años (dos números primos que solo son divisibles entre uno y ellos mismos) el ciclo vital durase catorce, quince o dieciséis años, tres números no primos. No es baladí: Eso significa que las emergencias rara vez se superponen con los ciclos de población de sus depredadores que suceden en intervalos más cortos. Por ejemplo, si las cigarras emergieran cada diez años, serían susceptibles a cualquier depredador cuya población aumentara en un ciclo de uno, dos, cinco o diez años. Si emergieran cada doce años, servirían de sabroso almuerzo para cualquier depredador cuyo ciclo fuera de uno, dos, tres, cuatro, seis o doce años. 

Algunos modelos matemáticos sugieren que si las cigarras periódicas no usaran ciclos de números primos, sus poblaciones disminuirían drásticamente o se extinguirían. El truco puede evitar que los depredadores se adapten al banquete de insectos. Pero, desgraciadamente para las cigarras, no sirve como defensa frente a un hongo que las convierte en zombis.

Esa es otra historia de la que me ocuparé en un próximo artículo. Hasta entonces. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.