动物排尿方式涉及能量调节,一般来说,大象、马等大型生物藉重力与惯性以“喷射”方式排泄,昆虫等小型生物因排泄口小,只能以尿滴形式释放。但令人意外的是,科学家发现蝉和大型哺乳动物一样,居然是以喷柱的方式撒尿。
以蝉体型而言,它们排泄尿流强度在科学家研究的所有动物中居冠。
为什么要研究昆虫如何撒尿?首先,研究人员对昆虫如何进食已有一定了解,但对它们如何代谢与排泄废物却知之甚少;其次,理解昆虫排尿方式可能为基础物理学、零组件结构设计提供新灵感,比如喷嘴。
去年,乔治亚理工学院生物物理学家 Saad Bhamla 团队研究了名为“褐透翅尖头大叶蝉(Glassy-winged sharpshooter,GWSS)”的昆虫,它们主要食物来源是植物木质部、靭皮部或叶肉细胞汁液,但木质部汁液对它们来说营养不够充足,必须吸取大量汁液才能生存,也因此,它们每天排出的多余废液多达自身体重 300 倍。
而研究人员发现,褐透翅尖头大叶蝉虽然以尿滴形式排泄,但它们会将尿滴以惊人高速弹离身体,加速度比蓝宝坚尼跑车快 10 倍。
今年团队将注意力转移至一到夏天就很吵的蝉,按照经验法则,体型微小的昆虫应该以尿滴形式排尿,但这次显然又让研究人员跌破眼镜,这些蝉居然和大型哺乳动物一样,以“尿柱”形式喷泄。
研究人员指出,蝉之所以利用这种不寻常的“超级推进”机制,是因为它们喝掉的汁液太多,每次都要把尿液弹走太费力了,干脆增强强度一次排出大量废液,能量消耗可节省 4~8 倍。
由于蝉是目前已知能高速喷射尿液的最小昆虫,研究蝉如何排尿可以为流体动力学、其他领域潜在应用提供新见解,比如软机器人、药物输送系统、零件结构设计等。
以后抬头看树上的蝉记得离远一点,以免忽然被从天而降的虫尿淋一脸。
新论文发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)。