Gledajte ove strijelce sa staklenim krilima kako analnim katapultom bacaju mjehuriće od mokrenja

The staklenokrili oštar strijelac pije ogromne količine vode i stoga često mokri, izbacujući čak 300 puta više od vlastite tjelesne težine u urinu svaki dan. Umjesto da proizvode stabilan mlaz urina, strijelci stvaraju kapljice urina na anusu i zatim se katapultiraju te kapi padaju daleko od njihovih tijela nevjerojatnim brzinama, hvaleći se ubrzanjima 10 puta bržim od a Lamborghini. Znanstvenici Georgia Tech-a utvrdili su da kukac koristi ovaj neobičan "superpogonski" mehanizam za uštedu energije, prema novi papir objavljeno u časopisu Nature Communications.

Vrsta lisnjak, staklenokrili strijelac (Homalodisca vitripennis) je tehnički poljoprivredna štetočina, prokletstvo kalifornijskih vinara posebno od 1990-ih. Hrani se mnogim biljnim vrstama (uključujući grožđe), probijajući biljke ksilem (koji prenosi vodu od korijena do stabljika i lišća) sa svojim igličastim ustima da isisava sok. Insekti troše puno soka, a njihovo često mokrenje troši puno energije, jer njihove male veličine i viskoznosti soka i negativne površinske napetosti (prirodno se usisava unutra). Ali sok se sastoji od oko 95 posto vode, tako da nema puno hranjivih tvari koje bi potaknule svo to mokrenje.

"Da ste samo pili dijetalnu limunadu, i to je bila vaša cijela prehrana, onda stvarno ne biste željeli gubiti energiju u bilo kojem dijelu vašeg biološkog procesa", koautor Saad Bhamla iz Georgia Tech-a rekao je za New Scientist. “Tako je to za ovaj sićušni organizam.”

Bhamla i njegovi kolege koristili su se brzim snimanjem kako bi proučavali dinamiku oštrokrilaca u laboratoriju: pet insekata, 22 izbacivanja kapljica urina. Ključ za mokrenje je nešto što se zove analna igla, a tim je promatrao tri različite faze mokrenja. Prvo se igla okreće kako bi se istisnuo mjehurić mokraće. Nakon što dosegne određenu veličinu, za oko 80 milisekundi, igla se okreće još malo, u biti oprugom opterećujući kapljicu. Na kraju, igla izvodi još jednu brzu rotaciju kako bi izbacila kapljicu urina. Kapljice se mogu kretati 40 posto brže od igle (tj. u superpropulzivnom režimu). Natjerajte dovoljan broj insekata da to rade u isto vrijeme i dobit ćete "kišu skakavaca".

Autori primjećuju da je fizika elastičnih projektila (kao što je kapljica mokraće) dobro poznata, zahtijevajući sekvencijalno vrijeme i određena sinkronizacija između pokretača i projektila kako bi se optimizirao prijenos energije i dobio najbolji pogon. Konkretno, "takva protuintuitivna propulzija postiže se samo u elastičnim projektilima (kao što je kapljica vode) pažljivo podešavajući vibracijsku frekvenciju osnovnog aktuatora na prirodnu frekvenciju projektila," autori napisao.

Bhamla je usporedio strijelčevu upotrebu svoje analne igle s skakanjem s daske za skok u vodu. Modeli autora pokazali su da je za korištenje ovog superpogonskog mehanizma potrebno četiri do osam puta manje energije nego za jednostavno stvaranje mlaza urina. Kao dodatna prednost, bacanje njihovih kapljica urina dalje smanjuje vjerojatnost da će strijelci biti kemijski otkriveni od strane predatora poput parazitskih osa.

Niti strijelac nije jedina vrsta kukca koja koristi ovakvu strategiju izlučivanja; priroda ima mnogo "pucača na frass", "but-flickers" i "turd-hurlers", prema autorima. Na primjer, ličinke skipera imaju zasune na svojim analnim pločama i mogu povisiti krvni tlak kako bi izbacile krute čestice, dok neke noktuid (obitelj moljaca) vrste izbacuju kuglice prsnim nogama. Ali ovo je prvi put da je superpogon opažen u živom organizmu.

"U svojoj srži, superpogon pruža prolaz za pokretanje elastičnog projektila bržeg od maksimalne brzine njegovog aktuatora kroz vremensko ugađanje i može se promatrati kao rezonantni sustav s jednim udarcem," autori zaključio. "Za fizičke sustave u kojima dominiraju sile površinske napetosti, superpogon nudi genijalan mehanizam kroz koji se ta ometajuća sila može iskoristiti kao opruga." Moguće primjene uključuju učinkovito uklanjanje kapljica vode s male elektronike male snage poput pametnih satova, sustava za samočišćenje za nosivu elektroniku i sustava za odmagljivanje zaštitnih naočala i naočale.

DOI: Nature Communications, 2023. 10.1038/s41467-023-36376-5 (O DOI).

Slika popisa Georgia Tech