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17年ごとに大発生するセミがいる!?その発生原因は氷河期にあった!

昆虫類

17年ごとに大発生するセミがいる!?その発生原因は氷河期にあった!
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13年ごと、17年ごとに大発生する『周期ゼミ(素数ゼミ)』と呼ばれるセミとは!?

アメリカには13年ごと、17年ごとに大発生する『周期ゼミ』と呼ばれるセミがいます。

周期ゼミが大発生する年は、そこに住む住民たちはセミによる多大な被害をこうむりますが、その周期以外の年には全くそのセミは現れません。

実に不思議ですが、その謎が日本人の研究者によって解明されました!

周期ゼミ(素数ゼミ)

13年ごと、17年ごとに大発生する不思議なセミ

周期ゼミ(素数ゼミ)

ところで『素数』とは!?

ところで『素数』はご存知ですか?

小学校のころの算数の授業で勉強したのですが、社会人になるとあまり『素数』という単語は、研究者などでないと、一般的にはあまり使いませんよね?

そこで一度『素数』をおさらいしてみましょう。

素数とは、
「1とその数自身でしか割ることができない数字」
のことです。

小さい順から、2、3、5、7、11、13、17…と続きます。



アメリカには、この素数の13年ごとと17年ごとの周期で大量発生するセミがいるのです。

そのため、このセミは『素数ゼミ』とよばれています。


普通のセミとはまったく違うサイクルで生きる『素数ゼミ』。

でもなぜ17年周期と13年周期で大発生するのでしょうか?

謎を解明したのは日本の生物学者『吉村仁教授(静岡大学)』

「昆虫少年」が「生物学者」に!

周期的に発生するセミを、一般的に「周期ゼミ」とよびます。

そして周期ゼミのなかでも、17年周期、13年周期で大発生するセミを「素数ゼミ」と名づけ、その謎を解明したのが、日本の生物学者、吉村仁教授(静岡大学)です。

吉村教授は、子供のころから昆虫採集に夢中な「昆虫少年」だったそうです。


「素数ゼミ」は、同じ地域に、17年あるいは13年に一度しか発生しないという規則性をもちますが、どうして12年や15年ではなく、17年と13年という素数なのでしょうか?

吉村教授によると、その原因は、なんと氷河期にまで時代をさかのぼるのだそうです!

寒い氷河期を乗り越えるために、地上に出るまでの周期が長くなった『周期ゼミ』

地球上に始めてセミが登場したのは、2億年以上も前のことです。

それから長い間、反映を続けていたセミたちも、およそ200万年前に危機が訪れてしまいます。

『氷河期』がはじまったのです。


寒さは生き物たちにとって過酷な環境です。

特にセミは、日本では暑い夏にだけ見られる生き物です。
当然、寒さは苦手です。

ですが幸い、セミは幼虫時代は、比較的温度の安定している土の中で過ごすことができます。
とはいえ、その成長速度は温かかったときに比べると遅くなります。

気温が低くなればなるほど、地中のセミの幼虫の成長のスピードはどんどん遅くなっていきました。

これが、10年以上もの長い間を地中で暮らすことになった理由とされています。

とはいえ、いつまでも幼虫のままではいられません。
氷河期とはいえ、いずれ土の中から地上へ出て、子孫を残すための相手を探さなくてはなりません。

しかし、寒い時代にやっと地上へ出たものの、交尾の相手が近くにいなければ、子孫を残すことはできません。

氷に覆われた氷河時代に、セミたちはどうやって絶滅を回避したのでしょうか?

狭い範囲で大発生!子孫を残すための生き残りの進化とは!?

氷河期には、あまりの寒さにセミ以外にも、多くの生き物が絶滅に追いやられてしまいました。

しかし北アメリカには、盆地や暖流のそばで、あまり気温が下がらない場所がありました。

そのような限られた場所で、セミはかろうじて生き残ることができました。

あまり気温が下がらない場所があったとはいえ、地球全体が氷河期なので気温はそれまでの地球の気温に比べると圧倒的に低いままでした。

そのためセミは、アメリカの北部では14~18年、南部では12~15年もの長い間を地中で過ごすようになりました。


しかし、寒い時代にやっと地上へ出たものの、交尾の相手が近くにいなければ、子孫を残すことはできません。

盆地や暖流のそばという狭い範囲では、違う年にバラバラと羽化して子孫を残すよりは、同じ年に一斉に羽化して交尾・産卵して子孫を残すほうが効率的です。

こうして、北アメリカのあちらこちらで、同じ場所に同じ種類のセミが同じ年に大発生するようになったのです。

13年ごと、17年ごとに地上に出てきて大発生する『素数ゼミ』の幼虫

素数ゼミ

この年は、いたるところでセミの幼虫が出てくる。 家の中だってお構いなし!

なぜ13年と17年周期なのか? その秘密は「最小公倍数」にあった!?

「最小公倍数」とは!?

こうやって、狭い範囲で一斉に発生することで生き残ったセミたちですが、なぜ、13年ごとや、17年ごとという「半端」な周期のセミだけが生き残ったのでしょうか?

その秘密は『最小公倍数』にありました。

『最小公倍数』は覚えていますか?

公倍数のうちで、整数では絶対値が最小、整式では次数が最低の数字のことです。

わかりやすくいうと、ある2つの数をそれぞれ1倍、2倍、3倍、・・・としていきます。

そのとき、それぞれの数の倍数の中には必ず共通した数字がいくつも出てきます。

その共通した数字たちの中で、一番小さい数のことを

「この2つの数の最小公倍数」

というのです。


そして、
「素数同士だと、最小公倍数が素数でない数よりも大きくなる」
という性質があります。


氷河期を生き延びたセミたちの周期は、当時はアメリカ北部では14~18年周期、南部では12~15年周期でした。

19年以上だと地中にいる期間が長すぎるので、18年が限界だったようです。


たとえばある年、種類が同じで周期だけが違う15年と18年のセミがいっしょに出て、子どもをつくったとします。

15年後に15年ゼミが、18年後に18年ゼミが地上に出てみたら、ほかの周期のセミはいないので、以前よりもずいぶんと数が減ってしまっています。

さらに、15年ゼミと18年ゼミで交雑すると、その子の周期は16年だったり17年だったりするかもしれません。

このように、たまたま15年ゼミと18年ゼミが出会ってしまうと、何万年もかけてどちらのセミも数が減り、やがて絶滅してしまうのです。


15と18の最小公倍数は90です。

つまり、15年と18年の場合は90年ごとに交雑する機会があります。

一見すると、交雑すればするほど生き延びるような気がしますが、しかし、交雑の回数が多ければ多いほど、周期が乱れ、先に絶滅してしまうのです。


それを踏まえ、アメリカ北部の場合の周期を見てみましょう。

15~18年周期で考えてみます。
この中で素数は17です。

15~18年の4種類のセミが出会う周期を見てみると、
・15年ゼミ×16年ゼミ…240年周期
・15年ゼミ×17年ゼミ…255年周期
・15年ゼミ×18年ゼミ… 90年周期
・16年ゼミ×17年ゼミ…272年周期
・16年ゼミ×18年ゼミ…144年周期
・17年ゼミ×18年ゼミ…306年周期
となります。

素数が周期の17年ゼミが入ると最小公倍数が大きくなるので、周期年数が違う群れと交雑しにくいことがわかります。

こうして、何万年何十万年も過ぎ、最小公倍数が小さい周期のセミは減っていき、最小公倍数が大きい「素数ゼミ」だけが生き残っていったのです。


生き物の世界は、実にうまくできていると感心させられます。

アメリカで17年ゼミが大発生 ロシアTV

【数億匹の大群】大量の周期ゼミ(17年ゼミ)の発生によるセミ食べ放題映像

素数ゼミの進化と謎

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