Не смотрите вверх: цикады производят высокоскоростные струи мочи

Не смотрите вверх: цикады производят высокоскоростные струи мочи

Исследователи впервые наблюдали, как цикады мочатся во время исследовательской поездки в Перу.

Общее практическое правило мочеиспускания у животных выглядит примерно так: крупные существа, такие как слоны и лошади, справляют нужду, производя струи мочи, тогда как крошечные существа, такие как насекомые, могут выделять только капли.

Но цикады, похоже, являются исключением из этого правила: несмотря на свой относительно небольшой размер, они писают высокоскоростными струями, как это делают более крупные животные, согласно наблюдениям за жуками в Перу и Сингапуре, опубликованным в понедельник в журнале. Труды Национальной академии наук. Метод выделения отходов цикад настолько мощный, что эти шумные насекомые получают титул за производство самой сильной струи мочи по сравнению с их размером среди всех животных, которых изучали ученые.

Зачем исследовать, как писают насекомые? Во-первых, это по большей части неизведанная территория, созревшая для научных открытий. Исследователи многое знают о том, что и как едят и пьют животные, но мало знают о том, как они выделяют отходы.

Но, кроме того, разгадка тайн мочеиспускания может также послужить источником вдохновения для решения задач в области физики и дизайна человека. Например: маленькие насекомые, называемые снайперами со стеклянными крыльями, производят капли мочи, которые затем с большой скоростью выбрасывают из своего тела. Мощный метод мочеиспускания снайперов сродни попытке человека выбить из одной руки плотный, липкий предмет размером с пляжный мяч. Инженеры, возможно, смогут использовать этот естественный процесс, чтобы придумать, например, новый способ устранения запотевания очков. А крошечная, но мощная струя мочи цикад может предложить новые идеи для создания насадок или мягких роботов.

Уникальное мочеиспускание цикад

Саад Бхамла, биофизик из Технологического института Джорджии, и его коллеги в прошлом году обнаружили умение крошечного снайпера бросать мочу. Из снайперов исследователи затем обратили свое внимание на цикад, крылатых насекомых, которые могут издавать звуки спаривания столь же громкие, как мотоцикл или цепная пила.

Цикады в четыре-восемь раз крупнее снайперов, но оба насекомые сталкиваются с одной и той же дилеммой, связанной с питанием: их основным источником пищи является сок ксилемы, водянистое вещество, которое распределяет питательные вещества и минералы в тканях растений. Однако сок ксилемы не очень питателен для насекомых, поэтому им приходится пить его много, чтобы выжить, и в результате насекомым часто приходится выделять лишнюю жидкость.

Во время исследовательской поездки в Перу ученые наблюдали на деревьях цикад, выплескивающих мочу высокоскоростным потоком. Это противоречило общепринятому правилу размера мочеиспускания, поэтому они решили провести дальнейшее расследование. Они рассмотрели влияние силы тяжести, инерции, поверхностного натяжения, сил вязкости и других принципов гидродинамики на мочеиспускание цикад, а также на процессы мочеиспускания более чем дюжины других животных, от бабочек и комаров до собак и коров.

Среди этой группы выделяются цикады. Их мочеиспускание «находится в совершенно уникальной области гидродинамики, где и инерция, и капиллярные силы одновременно играют значительную роль по отношению к силе тяжести», — говорит Сунхван Юнг, инженер Корнелльского университета, не принимавший участия в исследовании, Газета «Нью-Йорк Таймс‘ Алла Кацнельсон.

Результаты показывают, что мочеиспускание в самолетах является для цикад наиболее энергоэффективным способом выведения отходов. Производство капель и последующее их сбрасывание потребует больше энергии, что потребует от них съесть еще больше сока ксилемы — и начать цикл заново. Исследователи предполагают, что цикады достаточно велики, чтобы сила тяжести и инерция помогали им продвигать поток мочи.

В долгосрочной перспективе биологи, возможно, захотят сравнить и противопоставить методы мочеиспускания разных животных и рассмотреть возможные эволюционные причины этих различий.

«Исследуя эти процессы, мы можем обнаружить удивительные адаптации и получить представление о том, как животные взаимодействуют с окружающей средой», — говорит соавтор исследования Элио Чаллита, исследователь робототехники из Гарвардского университета, который ранее работал с Бхамлой в Технологическом институте Джорджии. Популярная наукаЭто Лаура Байсас. «Это также напоминание о том, что еще так много предстоит узнать о мире природы, даже в самых неожиданных местах, таких как моча цикад».

Цикада ПНАС СИ Видео

Открытие мочеиспускания цикад также является своевременным: позднее этой весной порядка триллиона цикад вылезут из-под земли на Среднем Западе и Юго-Востоке во время редкого природного явления, называемого «двойное появление». Два выводка — один появляется каждые 13 лет, а другой — каждые 17 лет — всплывут одновременно.

Куда пойдет вся их моча? И какое возможное воздействие это может оказать на окружающую среду? Это те вопросы, на которые ученые надеются в конечном итоге ответить.

Между тем, если вы живете в зоне появления цикад и планируете проводить много времени на открытом воздухе этой весной и летом, возможно, вам стоит приобрести хорошую шляпу.

«Это похоже на то, как будто дождь только начинается, и вы получаете небольшую каплю или две и спрашиваете: «Дождь начинается?»», — рассказала Паула Шрусбери, энтомолог из Университета Мэриленда. Вашингтон ПостКевин Эмброуз в 2021 году.