mini|290px|Verbreitung der Arten der Gattung Magicicada in den USA: grün = Verbreitung 17-Jahres-Zikaden; rot = Verbreitung 13-Jahres-Zikaden; blau = M. neotredecim; Gelbtöne = ÜberlappungsbereicheAllen F. Sanborn: Periodical Cicadas: The Magic Cicada (Hemiptera, Tibicina, Magicicada ssp.). In: Denisia 4, 2002, N.F. 176: 225–230, ISBN 3-85474-077-8 (). mini|Magicicada septendecim mini|Schlüpfende Magicicada mini|Population von Periodischen Zikaden und ihre Larvenhäute (Exuvien) mini|Larvenhaut (Exuvie) mini|Entwicklung der Altlarve bis zum Vollinsekt mini|Sphecius speciosus ist ein auf Singzikaden spezialisierter Räuber mini|Rindenritzen mit Ei-Nestern mini|Durch Periodische Zikaden verursachte Schäden an Laubgehölzen in Baltimore mini|Pflanzen mit Zikaden der Brood X. Die Gattung Magicicada gehört zur Familie der Singzikaden (Cicadidae) innerhalb der Ordnung der Rundkopfzikaden (Cicadomorpha). Sie umfasst insgesamt sieben im Osten der USA verbreitete Arten, einschließlich der im Jahr 2000 neu beschriebenen Art Magicicada neotredecim.
Die Insekten werden auch als „Periodische Zikaden“ bezeichnet, denn in regelmäßigen Abständen kommt es lokal zu Massenauftreten dieser Tiere, einem Big Event in den USA. Nachdem die Larven eine 13-jährige beziehungsweise 17-jährige Entwicklung im Boden durchlaufen haben, schlüpfen die erwachsenen Tiere einer Population alle fast gleichzeitig. Die Verwandlung der Insekten, die Paarung, Eiablage und Tod dauern insgesamt nur wenige Wochen. Die Tiere treten zum Teil in solchen Massen auf, dass zur Beseitigung der toten Zikaden Ende Juni eigens Müllcontainer eingesetzt werden mit der Aufschrift Drop-off for Cicadas only, um sie an Tiere in Zoos zu verfüttern.
Verbreitung der Arten Die Gattung Magicicada ist ausschließlich im Osten der USA verbreitet. Während innerhalb dieses Verbreitungsgebietes die Arten mit 17-jährlichem Lebenszyklus in den nördlicheren Gebieten vorkommen, sind jene mit 13-jähriger Entwicklungszeit in den südlicher gelegenen Regionen beheimatet, wobei es Überschneidungen gibt. Bisher sind insgesamt sieben Arten bekannt.
Mit 17-jährigem Entwicklungszyklus: Magicicada cassini (, 1851) Magicicada septendecim (, 1758) Magicicada septendecula (, 1962)
Mit 13-jährigem Entwicklungszyklus: Magicicada neotredecim (, 2000) Magicicada tredecim (, 1868) Magicicada tredecassini (, 1962) Magicicada tredecula (, 1962)
Körperbau Die zwischen 20 und 33 Millimeter großen, erwachsenen Tiere haben schwarze Körper und seitlich deutlich hervorgewölbte, rote Komplexaugen (Facettenaugen). Wie alle Singzikaden verfügen sie über drei Punktaugen (Ocelli), die sich im Dreieck angeordnet auf der Stirn (Frons) befinden. Die zwischen den Augen ansetzenden Fühler der Periodischen Zikaden sind sehr kurz. Sie bestehen aus je zwei dicklichen Grundgliedern und einer fünfgliedrigen Fühlerborste. Auffällig ist der blasenartig vorgewölbte Kopfschild, der durch mehrere Querrillen und Falten gekennzeichnet ist. An der Unterkante des Gesichts entspringt der Saugrüssel, der in Ruhestellung an den Körper geklappt zwischen den Hüften (Coxa) liegt.
Die Vorderflügel werden in Ruhestellung in für Zikaden charakteristischer Weise dachförmig zusammengelegt. Sie überragen stets den Hinterleib. Die nicht sehr reiche Aderung der hyalinen, membranösen Vorderflügel ist orange und je nach Art verschieden deutlich ausgeprägt. Teilbereiche der Adern nahe der Flügelspitze sind schwarz gefärbt und bilden die Form eines „M“ oder „W“. Die Weibchen haben einen punktierten Hinterleib (Abdomen) mit einem langen Legebohrer (Ovipositor). Der Hinterleib der Männchen ist stumpf abgerundet und ist hell gefärbt mit artspezifisch ausgedehnter Orangefärbung. Nur sie verfügen über Trommelorgane (Tymbale), die an den Seiten des ersten Hinterleibssegmentes hinter dem Ansatz der Hinterflügel liegen. Auf der Abdomenunterseite beider Geschlechter befinden sich paarige Gehörorgane (Tympanal).
Die Schenkel (Femur) der Vorderbeine erwachsener Tiere sind, im Gegensatz zu den normal gestalteten Mittel- und Hinterbeinen, deutlich verdickt und bedornt. Die Vorderbeine der Larven sind in Anpassung an ihre unterirdische Lebensweise zu Grabbeinen entwickelt.
Ernährung Wie alle Singzikaden sind auch die Arten der Gattung Magicicada Phloemsauger. Mit Hilfe ihres Rüssels stechen die erwachsenen Tiere die Leitungsbahnen verschiedener Gehölze und krautiger Pflanzen – nie Süß- und Sauergräser – an und saugen den an Zuckern und Nährsalzen reichen Pflanzensaft. Die unterirdisch lebenden Larven saugen den Saft von Pflanzenwurzeln.
Lautäußerungen Obwohl alle Zikadenarten Schall- bzw. Erschütterungswellen zur Kommunikation von sich geben, sind nur die Männchen der Singzikaden in der Lage, von Menschen hörbare Laute zu produzieren, so auch die Arten der Gattung Magicicada. Hierzu besitzen sie ein eigenes Organ, das „Trommelorgan“ (Tymbal) am Beginn des Hinterleibes. Durch ansetzende Muskeln (Singmuskel) werden Schallplatten in diesem Organ in Schwingung versetzt. Der Hinterleib der Zikaden ist dank großer Tracheenblasen weitgehend hohl und sorgt für die notwendige Resonanz. Mit Hilfe dieser Organe können Laute im Bereich von 0,5 bis 25 Kilohertz erzeugt werden mit einer Lautstärke bis zu 84 dB. Die Weibchen besitzen kein Trommelorgan und singen folglich nicht. Beide Geschlechter sind dagegen auf der Abdomenunterseite mit Gehörorganen (Tympanal) ausgestattet. Die paarigen Organe bestehen aus einer hauchdünnen Membran, die Schwingungen aufnimmt.
Der Gesang der Männchen, der Vorgang der Lautäußerung wird auch als Stridulation bezeichnet, dient vor allem der Anlockung der Weibchen. Die Männchen finden sich meist zu Chören in hellen Baumkronen zusammen, indem sie sich gegenseitig zum Singen anregen. Die Weibchen werden vom Gesang angelockt. So finden sich schließlich Zikaden beider Geschlechter in hoher Anzahl in den Bäumen ein. Ein singendes Männchen, das ein Weibchen in der Nähe registriert hat, erhöht die Anzahl der Laute. Die Weibchen antworten auf die Signale der Männchen mit schnalzenden Flügelschlägen. Die Männchen sind in der Lage den Flügelschlag sowohl zu hören als auch visuell wahrzunehmen. Schließlich bilden sie ein Duett aus dem Gesang des Männchens und den Flügelschlägen des Weibchens.
Die Gesänge der Zikadenmännchen sind artspezifisch verschieden und können zur Artbestimmung herangezogen werden. Zum Teil sind die Arten nur über deren Gesänge zu identifizieren, da sich manche Arten morphologisch kaum unterscheiden. Ebenso sind die Signale der Weibchen, das Flügelschnalzen, artspezifisch.
Fortpflanzung, Entwicklung und Lebenszyklus Die Larven leben unterirdisch in bis zu 30 Zentimetern Tiefe. Die hemimetabolen Insekten durchlaufen fünf durch Häutungen getrennte Larvenstadien, bei denen sie dem erwachsenen Tier allmählich immer ähnlicher werden. Sie werden nach und nach immer größer und mit zunehmendem Alter bilden und vergrößern sich die Anlagen für die Flügel und Genitalarmatur. Die Altlarven des 5. Stadiums arbeiten sich im Frühling des 13. bzw. 17. Jahres in Richtung Erdoberfläche. Sie legen schlanke, zylindrische, im Durchmesser 1 bis 1,5 Zentimeter große Höhlen an. Wenn der Boden eine Temperatur von etwa 17,9 °C erreicht hat, verlassen sie bei günstiger Witterung, meist im Mai und Juni, den Boden durch ein Schlupfloch und suchen sich in der Umgebung geeignete Stellen in der Vegetation. Dort häuten sie sich ein letztes Mal zum Vollinsekt. Die frisch geschlüpften erwachsenen Tiere (Imagines) sind zunächst weich und weißlich. Sie benötigen etwa vier bis sechs Tage, bis sie vollständig ausgefärbt sind und der Chitinpanzer vollkommen erhärtet ist. Die Larven einer Population schlüpfen in sehr großer Zahl, manchmal mit mehr als 370 Individuen pro Quadratmeter.H.S. Dybas & D.D. Davis: A populations census of seventeen-year periodical cicadas (Homoptera: Cicadidae: Magicicada). Ecology 43(3): 432–444, 1962. Der Schlupf der erwachsenen Tiere einer Population dauert insgesamt etwa vier bis sechs Wochen.
Nachdem die Tiere völlig ausgereift sind, beginnen sie mit der Partnersuche und schließlich der Paarung. Die Insekten leben nur einige Wochen, allein mit dem Ziel sich fortzupflanzen. Die Männchen produzieren artspezifische Gesänge, die sich zu ganzen Chören vereinen, um paarungsbereite Weibchen anzulocken. Nach der Paarung sterben die Männchen. Die Weibchen leben etwas länger, um Eier zu legen. Sie bohren mit Hilfe ihres Legestachels etwa einen Zentimeter lange Y-förmige Ritzen in die Rinde lebender Zweige. In diese „Nester“ legen sie bis zu 20 Eier. Insgesamt kann ein einzelnes Weibchen etwa 600 Eier legen.C. L. Marlatt: The periodical cicada. Bull. U.S. Dept. Agri., Div. Entomol. Bull., 1907. 18:52
Im Spätsommer, sechs bis zehn Wochen nach der Eiablage, ist die Embryonalentwicklung abgeschlossen und das erste Larvenstadium schlüpft. Es fällt zum Erdboden. Dort gräbt es sich ein und sucht nach geeigneten Wurzeln, an denen es saugen kann, um hier seine 13- oder 17-jährige Larvalentwicklung zu beginnen.
Die Periodik der Zikaden Alle Zikaden einer Art und eines Lebenszyklus werden als zeitlich und räumlich isolierte Brut (engl. brood) bezeichnet. Alle Arten der Populationen erscheinen immer in den genannten Abständen (alle 13 oder 17 Jahre). Die Lebenszyklen ein und derselben Art verschiedener Regionen sind nicht synchronisiert und können zeitlich versetzt erscheinen. Die Bruten werden mit römischen Ziffern gekennzeichnet. Die von Marlatt (1898) für 1893 festgelegte „17-year-Brood I“ erschien das letzte Mal im Jahr 2012 in Virginia und West-Virginia. Im Jahr 2007 schlüpfte die „17-year-Brood XIII“ in Teilen von Iowa, Illinois, Wisconsin, Michigan und Indiana. Insgesamt gibt es in den USA 30 in dieser Weise bezifferte Bruten. Die Bruten I bis XVII beziehen sich auf Zikaden mit 17-jähriger, die Bruten XVIII bis XXX auf jene mit 13-jähriger Entwicklung.C. L. Marlatt: A new nomenclature for the broods of the periodical cicada. – Bull. U.S. Dept. Agri., Div. Entomol. Bull. 71:1, 1898. Tatsächlich sind aktuell insgesamt nur 15 Bruten nachgewiesen.
Über das Erscheinen der verschiedenen Bruten, die räumlichen Beziehungen, Interaktionen und Artstatus existieren verschiedene Hypothesen. Eine Vermutung besagt, dass bei den nördlicher verbreiteten Zikaden mit 17-jähriger Entwicklungszeit in extrem kalten Zeiten das Larvalstadium verlängert war, um so neue Bruten von der ursprünglichen abzuspalten.R.D. Alexander & T.E. Moore: The evolutionary relationships of 17-year and 13-year cicada, and tree new species (Homoptera, Cicadiae, Magicicada). -Misc. Publ. Mus. Zool., Univ. Mich. 121:1. 1962. Ferner wurden häufig mehrere Bruten „außer der Reihe“ beobachtet, das heißt, sie erschienen früher oder später als erwartet. Der Einsatz molekularer Techniken führte ferner zu der Annahme, dass durch das Umschalten der Lebenszyklen oder Zwischenschalten weiterer Bruten möglicherweise auch neue Arten herausgebildet werden. Durch die Einschaltung eines vierjährlichen Rhythmus innerhalb der Zikaden mit 17-jähriger Entwicklung sollen so Tiere mit 13-jährlichem Lebenszyklus produziert werden. Beispielsweise soll sich die neue Art M. neotredecim aus Populationen von M. septendecim möglicherweise durch einen Wechsel des Lebenszyklus von 17 zu 13 Jahren herausgebildet haben. Der Artstatus wird noch diskutiert. Die Tiere unterscheiden sich aber eindeutig im Gesang von den übrigen Arten.D.C. Marshall & J.R. Cooley: Reproductive character displacement and speciation in periodical cicadas, with description of a new species, 13-year Magicicada neatredecim. – Evolution 54: 1313, 2000.
Übersicht über die Populationen mit 17-jährigem Entwicklungszyklus Brood I (Blue Ridge brood) 2012, 2029 Brood II (East Coast brood) 2013, 2030 Brood III (Iowan brood) 2014, 2031 Brood IV (Kansan brood) 2015, 2032 Brood V, 2016, 2033"Periodical Cicada - Brood V". Forest Service. United States Department of Agriculture. 15. April 2016.