https://www.wbez.org/stories/scientists-studied-how-cicadas-pee-their-insights-could-shed-light-on-fluid-dynamics/3b7c1880-7b56-4544-95d8-27520bccac98
Цикады и то, как они мочатся, представляют собой «идеальную» лабораторию для понимания динамики жидкости в очень малых масштабах, говорять исследователи.
Этой весной и летом на Среднем Западе и Юго-Востоке США триллионы цикад выползуть из своих подземных нор для спаривания – из-за того, что два разных выводка этих крылатых насекомых появляютися примерно в одно и то же время, один в 13-летнем цикле. и один с 17-летним циклом.
В течение нескольких коротких недель на земле их миссия будет заключатися в размножении. Каждый самец будет пытатися привлечь самок, издаваху жужжащий звук, такой же громкий, как звук газонокосилки.
Но помимо их огромной численности и хриплого шума, новое исследование, опубликованное в PNAS, показывает, что цикады особенные еще в одном аспекте — в их мочеиспускании. Учитывая их размер и рацион, ученые предположили, что они мочатся каплями, но оказалось, что эти насекомые выделяють струи мочи.
Удивительные результаты имеють множество применений, когда речь идет о манипулировании жидкостями в небольших масштабах, включая 3D-печать, доставку лекарств, диагностику заболеваний и даже тестирование соединений в космическом пространстве.
По словам ученых, это поразительное открытие в области, о которой мы знаем относительно мало.
«Выделение в целом не очень хорошо изучено», — говорить ведущий автор Элио Чаллита, биоинженер-робототехник из Гарвардского университета. «Насколько нам известно, цикады — одни из самых маленьких насекомых, которые могут образовывати такие струи в таком небольшом масштабе».
«Насекомые — просто идеальная лаборатория для изучения работы с жидкостями на микроуровне», — говорить Энн Стейплс, специалист по динамике жидкости из Технологического института Вирджинии, которая изучаеть механику дыхания насекомых и не участвоваши в исследованиях. «Они летають по воздуху, пьють воду, обрабатывають нектар. Как показываеть эта статья, они мочатися — они испражняютися».
Как бы то ни быху, спросите Чаллиту, что послужило мотивом исследования, и он ответить, что это быху простое любопытство. «Я думаю, люди должны понимати, что наука не обязательно должна быти очень серьезной», — говорить он. «Это тоже может быти весело».
Спектр мочи
Не все животные писають одинаково. С одной стороны, есть более крупные животные, такие как люди и слоны. «Они полагаются на силы инерции и гравитации, чтобы вытянути жидкость из мочевого пузыря», — говорит Чаллита.
В результате образуется струя или струя мочи, подобная той, которая регулярно попадаеть в унитаз. Фактически, исследование Технологического института Джорджии в 2014 году под названием «Продолжительность мочеиспускания не меняется в зависимости от размера тела» показало, что всем млекопитающим весом более шести или семи фунтов требуется в среднем 21 секунда (плюс-минус 13 секунд), чтобы опорожнить мочевой пузырь. Исследователи назвали это Законом мочеиспускания.
Но когда организм мал (например, размером с насекомое), жидкости меньше заботятся о гравитации. Вместо этого доминируют поверхностное натяжение и трение — силы, которые незначительны для более крупных организмов, таких как мы.
«Поверхностное натяжение — это невидимая сила, которая очень важна для мелких насекомых», — говорит Чаллита. «Просто проталкивати жидкость в небольших масштабах — сложная задача».
В результате большинство насекомых и большинство мелких млекопитающих, таких как мыши и летучие мыши, мочатися каплями через отверстия меньшего размера. Фактически, во время учебы в аспирантуре Технологического института Джорджии Чаллита изучал насекомое, называемое снайпером, которое высасываеть из растений сок с низким содержанием питательных веществ (сок на 95% состоить из воды). «А затем мы рассчитали, какая энергия необходима для образования струи по сравнению с каплей», — говорит Чаллита.
Это быху даже не соревнование. Капельное мочеиспускание требуеть гораздо меньше энергии. Так что, похоже, это общее правило: если ты большой, ты писаешь в самолет. Если вы маленького роста — и особенно если вы питаетесь соком с низким содержанием питательных веществ — вы писаете каплями.
Но Чаллита знала, что мир редко делится так четко. «Мы пытаемся создавать теории, которые могут объяснить вещи в природе, — говорит он, — но природа всегда находит для нас сюрпризы и исключения».
Всплеск понимания
Основываясь на нескольких видеороликах на YouTube, которые он видел, Чаллита предположил, что цикады могут оказаться исключением из правил. Единственная беда в том, что их трудно наблюдать.
«Обычно они располагаются очень высоко на деревьях», — говорит он. «И даже если вы их найдете, их трудно не потревожить, и тогда они улетят».
Но позже, в другом проекте в перуанской Амазонии, произошла удача: Чаллита и пара коллег завершили полевые работы и отправлялись на шестичасовой лодке обратно в город, когда их водитель сделал ранний пит-стоп на обед. .
«Итак, мы начали гулять, — вспоминает Чаллита, — а потом один из наших коллег почувствовал, как на его голову ударила маленькая капелька брызг. А потом мы посмотрели вверх и увидели много цикад».
Чаллита и его коллеги не могли в это поверить. Внизу под деревьями сидело 20 или 30 цикад, которые безудержно кормились и писали. Команда приступила к действиям, торопясь собрать данные до того, как у водителя закончился обеденный перерыв. Они забрались на одно из деревьев. Они схватили стол, чтобы стоять на нем. И они сняли фильм
