Pe o frunză, un punct strălucitor prinde formă la capătul unui organ minuscul. În fracțiuni de secundă, picătura e aruncată ca din praștie și dispare. Așa se eliberează, de fapt, „muscă pishoare” – porecla unei cicade care a transformat o funcție banală într-un gest de măiestrie fizică.
Un studiu publicat în Nature Communications descrie primul exemplu cunoscut în natură de superpropulsie: catapultarea unor picături de urină la viteze ultrarapide, cu economii importante de energie. În ciuda numelui, Homalodisca vitripennis nu este o muscă.
E o cicadelă din familia Cicadellidae, înrudită cu cicadele și afidele, cu un corp de 1,5 până la 2 centimetri. Trăiește din sevă, preferând xilemul – „rețeaua” lemnoasă care ridică apa și mineralele dizolvate de la rădăcini. Dieta ei e 95% apă.
Nutrienții sunt puțini, iar soluția e simplă și obositoare: bea enorm. Urmează inevitabilul. Aceste insecte elimină într-o zi până la de 300 de ori propria greutate. Pentru comparație, la oameni, volumul urinar zilnic se află aproximativ la a patruzecea parte din greutatea corporală.
Când echipa condusă de Saad Bhamla, biofizician la Georgia Institute of Technology din Atlanta, s-a întrebat cum fac aceste insecte față unui „program” de excreție atât de intens fără să-și risipească energia, a pornit camerele de mare viteză și a pus la lucru microscoapele.
Focalizarea a căzut pe „stiletul anal”, un mic apendice mobil. Imaginile au dezvăluit o coregrafie precisă: în momentul urinării, stiletul se pliază în jos pentru a permite formarea unei picături. Când picătura atinge dimensiunea optimă, stiletul se arcuiește și mai mult și o catapultează.
Picătura accelerează la peste 40 G. Acest mod de a urina pune în scenă un principiu fizic numit superpropulsie. Spre deosebire de un obiect compact, o picătură – un obiect deformabil – poate interacționa cu „praștia” care o proiectează.
Pe scurt, pe măsură ce se deformează, picătura poate „culege” energie din mișcarea catapultei, ca într-un mic joc de rezonanță, și sfârșește prin a fi aruncată mai repede decât o bilă solidă. Până acum, fenomenul fusese observat doar în laborator. În natură, e o premieră.
„Excreția e adesea neglijată pentru că e un subiect tabu sau caraghios, dar este o funcție biologică esențială, cu implicații energetice, ecologice și evolutive importante”, spune Elio Challita, coautor al studiului.
„Ceea ce a început ca o observație curioasă a dezvăluit în cele din urmă primul exemplu de superpropulsie într-un organism biologic.” Rămânea o întrebare: de ce să arunci picături și nu jeturi?
Ca să afle, cercetătorii au recurs la microscanare pentru a reconstrui anatomia insectelor și au calculat presiunea și energia necesare pentru fiecare variantă. Răspunsul a fost limpede: superpropulsia consumă de patru până la opt ori mai puțină energie decât un jet continuu.
Iar evoluția, pragmatică, a reținut această soluție.
