Las cigarras son la banda sonora del verano, pero su orina es más especial que su música. En lugar de rociar gotas, emiten chorros de orina desde sus pequeños cuerpos. Durante años, los investigadores de Georgia Tech han querido comprender la forma única de orinar de la cigarra.
Saad Bhamla, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Química y Bioquímica, y su grupo de investigación esperaban tener la oportunidad de estudiar la excreción de fluidos de una cigarra. Sin embargo, aunque las cigarras se escuchan fácilmente, se esconden en los árboles, lo que las hace difíciles de observar. Como tal, ver orinar una cigarra es un acontecimiento. El equipo de Bhamla solo había visto el proceso en YouTube.
Luego, mientras hacían trabajo de campo en Perú, el equipo tuvo suerte:vieron numerosas cigarras orinando en un árbol.
Este momento de observación fue suficiente para refutar dos paradigmas principales de orina de insectos. Primero, las cigarras comen savia de xilema, y la mayoría de los que se alimentan de xilema solo orinan en gotitas porque usan menos energía para excretar la savia. Las cigarras, sin embargo, son comedoras tan voraces que eliminar individualmente cada gota de orina sería demasiado agotador y no extraería suficientes nutrientes de la savia.
"La suposición era que si un insecto pasa de la formación de gotas a un chorro, necesitará más energía porque el insecto tendría que inyectar más velocidad", dijo Elio Challita, ex Ph.D. estudiante en el laboratorio de Bhamla y actual investigador postdoctoral en la Universidad de Harvard.
En segundo lugar, se espera que los animales más pequeños orinen en gotas porque su orificio es demasiado pequeño para emitir algo más espeso. Debido al mayor tamaño de las cigarras (con una envergadura que puede rivalizar con la de un pequeño colibrí), utilizan menos energía para expulsar la orina en chorros.
"Anteriormente, se entendía que si un animal pequeño quería expulsar chorros de agua, esto se convertía en un desafío, porque el animal gasta más energía para forzar la salida del fluido a mayor velocidad. Esto se debe a la tensión superficial y a las fuerzas viscosas. "Pero un animal más grande puede depender de la gravedad y las fuerzas de inercia para orinar", dijo Challita.
La capacidad de las cigarras para lanzar chorros de agua ofreció a los investigadores una nueva comprensión de cómo la dinámica de los fluidos afecta a estos pequeños insectos, e incluso a los grandes mamíferos. Los investigadores publicaron este desafío al paradigma como un resumen, "Unificando la excreción de fluidos a lo largo de la vida, desde cigarras hasta elefantes", en Proceedings of the National Academy of Sciences. .
Durante años, el grupo de investigación ha estado estudiando la eyección de fluidos entre especies, lo que culminó en un arXiv. preprint que caracteriza este fenómeno desde hongos microscópicos hasta ballenas colosales. Su marco revela diversas funciones, como excreción, pulverización de veneno, caza de presas, dispersión de esporas y gutación de plantas, destacando aplicaciones potenciales en robótica blanda, fabricación de aditivos y administración de fármacos.
Las cigarras son el animal más pequeño capaz de crear chorros de alta velocidad, por lo que potencialmente pueden servir de base para aplicaciones en la fabricación de chorros en pequeños robots/boquillas. Y debido a que su población alcanza los billones, el impacto de su eyección de fluidos en el ecosistema es sustancial pero desconocido. Más allá de la ingeniería bioinspirada, Bhamla cree que las criaturas también podrían servir de base para aplicaciones de biomonitoreo.
"Nuestra investigación ha mapeado los patrones excretores de los animales, abarcando ocho órdenes de escala, desde pequeñas cigarras hasta enormes elefantes", dijo.
"Hemos identificado las limitaciones y fuerzas fundamentales que dictan estos procesos, ofreciendo una nueva lente a través de la cual comprender los principios de la excreción, una función crítica de todos los sistemas vivos. Este trabajo no sólo profundiza nuestra comprensión de las funciones biológicas sino que también allana el camino manera de unificar los principios subyacentes que gobiernan los procesos esenciales de la vida."
Más información: Elio J. Challita y M. Saad Bhamla, Unificación de la excreción fluídica en toda la vida, desde cigarras hasta elefantes, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI:10.1073/pnas.2317878121. doi.org/10.1073/pnas.2317878121
Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias , arXiv
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Georgia
