Questo insetto tiratore scelto utilizza l’urina di superpropulsione per “sfarfallio”

Gli insetti hanno molte funzioni uniche e insolite che consentono loro di sopravvivere in natura. L’aspetto di un insetto è molto diverso da quello di molti animali terrestri, così come i loro metodi di escrezione. Gli insetti hanno un modo incredibile di smaltire i rifiuti. Piccoli insetti come i tiratori scelti urinano catapultando la loro pipì a velocità disumane usando un fenomeno fisico chiamato “superpropulsione”. Uno studio condotto da studenti di bioingegneria ha contribuito a spiegare il principio della superpropulsione nei sistemi biologici come gli insetti tiratori scelti.

Informazioni sugli insetti tiratori scelti

I tiratori scelti sono cicaline che appartengono alla famiglia dei Cicadellidae. I tiratori scelti hanno tratti caratteristici come un lungo apparato boccale che usano per succhiare i fluidi xilematici dalle foglie delle piante. Questi insetti sono generalmente piccoli, raggiungendo una dimensione massima di 0,5 pollici da adulti.

I tiratori scelti hanno le ali, insieme a gambe potenti che usano per fare grandi salti. Il tiratore scelto dalle ali vetrose, un parassita originario del Nord America, ha una colorazione opaca che è facile da individuare. Hanno un colore che va dal marrone scuro al nero, con macchie gialle o avorio. Il loro corpo può apparire rossastro con una buona illuminazione e hanno una parte inferiore gialla.

Puoi trovare tiratori scelti nei giardini dove si nascondono tra foglie o steli. A causa delle piccole dimensioni del tiratore scelto, all’inizio può essere difficile individuarlo. La maggior parte dei tiratori scelti è bravissima a mimetizzarsi con le piante per nascondersi dai predatori. Se ne vedi uno, cerca eventuali goccioline di urina sulla punta dell’addome.

Escrezione di insetti tiratori scelti: come lo fanno?

Una domanda che raramente ci viene in mente è: “come fanno la pipì gli insetti?” Molti credono erroneamente che gli insetti non abbiano bisogno di fare pipì o fare la cacca. Ma funzioni vitali come il consumo di cibo e l’escrezione sono necessarie a tutti gli animali.

Poiché la dieta di un tiratore scelto consiste principalmente di fluidi vegetali, che sono costituiti per il 95% da acqua, la loro urina è tipicamente limpida e prodotta durante il giorno. Invece di produrre un flusso di liquido come gli altri animali, il tiratore scelto espelle una singola gocciolina. Questa gocciolina contiene i rifiuti del fluido di linfa xilematica che consumano.

Ingeriscono molti fluidi nutrizionalmente poveri dagli alberi, quindi espellono rifiuti liquidi centinaia di volte al giorno. Infatti, il tiratore scelto fa pipì fino a 300 volte in un periodo di 24 ore! Lanciano goccioline lontano da loro per impedire all’urina di attaccarsi ai loro corpi.

Poiché la maggior parte del fluido della pianta che il tiratore scelto ingerisce contiene acqua, questo è generalmente ciò che viene espulso dai loro corpi in ogni gocciolina.

La fisica della superpropulsione negli insetti

Il fenomeno dell’escrezione dei tiratori scelti ha guadagnato l’interesse degli studenti di bioingegneria. Hanno dato uno sguardo dettagliato al processo, ricercando la fisica e la bioingegneria alla base della superpropulsione. Gli studenti hanno pubblicato le loro scoperte sulla rivista Nature Communications. La ricerca spiega la fisica alla base della biofluidodinamica.

I sistemi di imaging ad alta velocità hanno catturato gli insetti producendo una gocciolina simile all’acqua dallo stilo anale. Una volta che la gocciolina si è formata, l’insetto l’ha rapidamente spinta via usando la compressione e l’espulsione.

Gli sperimentatori hanno suddiviso il fenomeno in tre fasi utilizzando il modello a due molle e i metodi di fluidodinamica computazionale (CFD). Ecco come funzionano:

Formazione di goccioline

Il tiratore scelto forma una goccia di scarto dal suo stilo anale. Questa gocciolina di scarto è costituita da fluido, che le conferisce un aspetto trasparente.

Caricamento a molla

Il tiratore scelto quindi comprime la resilina (una proteina super elastica), che si trova vicino allo stilo anale. Questa essenzialmente molla carica la gocciolina di rifiuti. Durante questa fase, lo stilo anale si piega e deforma la resilina in una forma complessa. Subisce cicli di compressione ed estensione.

Espulsione di goccioline

Quando lo stilo anale ruota rapidamente, comprime la gocciolina fino a quando non viene espulsa ad alta velocità. Se lo assisti in tempo reale, la gocciolina sembra scomparire davanti ai tuoi occhi.

Funziona come una catapulta, motivo per cui gli insetti tiratori scelti sono descritti come “sfarfallio”. È interessante notare che la gocciolina di rifiuti si muove più velocemente di quanto possa fare l’insetto.

Ruolo della superpropulsione in natura

Perché gli insetti come il tiratore scelto devono spingere la loro urina? I tiratori scelti lo fanno per risparmiare energia, evitare i predatori e per scopi igienici.

La superpropulsione probabilmente consente ai minuscoli alimentatori di fluidi xilematici, come il tiratore scelto, di conservare la loro energia mentre si nutrono. Il metodo di escrezione consente loro di assorbire più fluido xilematico ed espellerlo senza usare troppa energia. La spinta dei loro rifiuti viene utilizzata anche per motivi igienici, in quanto possono evitare di sedersi nei loro rifiuti mentre si nutrono. Un ambiente più igienico contribuisce a limitare la crescita dei patogeni.

Un altro motivo per cui gli insetti usano la superpropulsione è evitare il rilevamento dei predatori. Queste goccioline di scarto contengono segnali chimici, che possono essere rilevati da predatori come vespe parassite. Individuano le goccioline di scarto nel tentativo di trovare il tiratore scelto.

Insomma

Lo studio degli studenti rivela che anche i comportamenti degli insetti più piccoli possono essere spiegati usando la fisica. Ci ha permesso di ottenere una migliore comprensione della straordinaria dinamica dei fluidi dell’escrezione negli insetti.