A micção única das cigarras revela uma nova compreensão da dinâmica dos fluidos

Crédito:Pixabay/CC0 Domínio Público

As cigarras são a trilha sonora do verão, mas o xixi delas é mais especial que a música. Em vez de espirrar gotículas, eles emitem jatos de urina de seus pequenos corpos. Durante anos, os pesquisadores da Georgia Tech quiseram entender a forma única de urinar da cigarra.

Saad Bhamla, professor assistente da Escola de Engenharia Química e Bioquímica, e seu grupo de pesquisa esperavam uma oportunidade de estudar a excreção fluida de uma cigarra. No entanto, embora as cigarras sejam facilmente ouvidas, elas se escondem nas árvores, dificultando sua observação. Como tal, ver uma cigarra fazer xixi é um acontecimento. A equipe de Bhamla só assistiu ao processo no YouTube.

Depois, ao fazer trabalho de campo no Peru, a equipe teve sorte:viram inúmeras cigarras fazendo xixi em uma árvore.

Este momento de observação foi suficiente para refutar dois paradigmas principais do xixi dos insetos. Primeiro, as cigarras comem a seiva do xilema, e a maioria dos alimentadores do xilema só urinam em gotículas porque usam menos energia para excretar a seiva. As cigarras, no entanto, são comedoras tão vorazes que eliminar individualmente cada gota de xixi seria muito cansativo e não extrairia nutrientes suficientes da seiva.

“A suposição era que se um inseto transitasse da formação de gotículas para um jato, seria necessário mais energia porque o inseto teria que injetar mais velocidade”, disse Elio Challita, ex-Ph.D. estudante no laboratório de Bhamla e atual pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Harvard.

Resumo das descobertas. Crédito:Georgia Tech (Saad Bhamla/Elio Challita)

Em segundo lugar, espera-se que animais mais pequenos façam xixi em gotículas porque o seu orifício é demasiado pequeno para emitir algo mais espesso. Por causa do tamanho maior das cigarras - com envergadura que pode rivalizar com a de um pequeno beija-flor - elas usam menos energia para expelir xixi em jatos.

“Anteriormente, entendia-se que se um animal pequeno quisesse ejetar jatos de água, isso se tornaria um pouco desafiador, porque o animal gastava mais energia para forçar a saída do fluido em maior velocidade. Mas um animal maior pode contar com a gravidade e as forças inerciais para fazer xixi", disse Challita.

A capacidade das cigarras de lançar água ofereceu aos pesquisadores uma nova compreensão de como a dinâmica dos fluidos afeta esses pequenos insetos – e até mesmo grandes mamíferos. Os pesquisadores publicaram esse desafio ao paradigma na forma de um resumo, "Unificando a excreção fluídica ao longo da vida, das cigarras aos elefantes", no Proceedings of the National Academy of Sciences. .

Cigarra fazendo xixi. Crédito:Georgia Tech (Saad Bhamla/Elio Challita)

Durante anos, o grupo de pesquisa vem estudando a ejeção de fluidos entre espécies, culminando em um arXiv pré-impressão que caracteriza esse fenômeno, desde fungos microscópicos até baleias colossais. Sua estrutura revela diversas funções - como excreção, pulverização de veneno, caça de presas, dispersão de esporos e gutação de plantas - destacando aplicações potenciais em robótica leve, fabricação de aditivos e distribuição de medicamentos.

As cigarras são os menores animais a criar jatos de alta velocidade, portanto, podem potencialmente informar aplicações na fabricação de jatos em pequenos robôs/bicos. E como a sua população atinge triliões, o impacto no ecossistema da sua ejeção de fluidos é substancial, mas desconhecido. Além da engenharia de inspiração biológica, Bhamla acredita que as criaturas também poderiam informar aplicações de biomonitoramento.

“Nossa pesquisa mapeou os padrões excretores dos animais, abrangendo oito ordens de escala, desde pequenas cigarras até enormes elefantes”, disse ele.

"Identificamos as restrições e forças fundamentais que ditam esses processos, oferecendo uma nova lente através da qual podemos compreender os princípios da excreção, uma função crítica de todos os sistemas vivos. Este trabalho não apenas aprofunda nossa compreensão das funções biológicas, mas também abre o caminho caminho para unificar os princípios subjacentes que governam os processos essenciais da vida."

Mais informações: Elio J. Challita e M. Saad Bhamla, Unificando a excreção fluídica ao longo da vida, de cigarras a elefantes, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2317878121. doi.org/10.1073/pnas.2317878121
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências , arXiv

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