Les cigales sont la bande originale de l'été, mais leur pipi est plus spécial que leur musique. Plutôt que de répandre des gouttelettes, ils émettent des jets d’urine depuis leur petite silhouette. Depuis des années, les chercheurs de Georgia Tech souhaitent comprendre le mécanisme unique de miction des cigales.

Saad Bhamla, professeur adjoint à l'École de génie chimique et biochimique, et son groupe de recherche espéraient avoir l'occasion d'étudier l'excrétion fluide d'une cigale. Cependant, si les cigales sont facilement audibles, elles se cachent dans les arbres, ce qui les rend difficiles à observer. A ce titre, voir une cigale faire pipi est un événement. L'équipe de Bhamla avait uniquement regardé le processus sur YouTube.

Puis, alors qu'ils effectuaient un travail de terrain au Pérou, l'équipe a eu de la chance :ils ont vu de nombreuses cigales dans un arbre, en train de faire pipi.

Ce moment d’observation a suffi à réfuter deux principaux paradigmes du pipi d’insecte. Premièrement, les cigales mangent la sève du xylème, et la plupart des mangeurs de xylème ne font pipi que sous forme de gouttelettes, car cela utilise moins d’énergie pour excréter la sève. Les cigales, cependant, sont des mangeurs si voraces que jeter individuellement chaque goutte de pipi serait trop éprouvant et n'extraireait pas suffisamment de nutriments de la sève.

"L'hypothèse était que si un insecte passait de la formation de gouttelettes à un jet, il aurait besoin de plus d'énergie car l'insecte devrait injecter plus de vitesse", a déclaré Elio Challita, ancien doctorant. étudiant dans le laboratoire de Bhamla et actuel chercheur postdoctoral à l'Université Harvard.

Deuxièmement, les animaux plus petits sont censés faire pipi sous forme de gouttelettes, car leur orifice est trop petit pour émettre quelque chose de plus épais. En raison de leur plus grande taille – avec une envergure qui peut rivaliser avec celle d'un petit colibri – elles utilisent moins d'énergie pour expulser l'urine dans les jets.

"Auparavant, il était entendu que si un petit animal voulait éjecter des jets d'eau, cela devenait un peu difficile, car l'animal dépensait plus d'énergie pour forcer la sortie du fluide à une vitesse plus élevée. Cela est dû à la tension superficielle et aux forces visqueuses. . Mais un animal plus gros peut compter sur la gravité et les forces d'inertie pour faire pipi", a déclaré Challita.

La capacité des cigales à projeter de l'eau a permis aux chercheurs de mieux comprendre l'impact de la dynamique des fluides sur ces minuscules insectes – et même sur les grands mammifères. Les chercheurs ont publié ce défi au paradigme sous la forme d'un mémoire intitulé "Unifying Fluidic Excretion Across Life from Cicadas to Elephants", dans Proceedings of the National Academy of Sciences. .

Depuis des années, le groupe de recherche étudie l'éjection de fluide entre espèces, aboutissant à un arXiv prépublication qui caractérise ce phénomène depuis les champignons microscopiques jusqu'aux baleines colossales. Leur cadre révèle diverses fonctions, telles que l'excrétion, la pulvérisation de venin, la chasse aux proies, la dispersion des spores et la guttation des plantes, mettant en évidence des applications potentielles dans la robotique douce, la fabrication additive et l'administration de médicaments.

Les cigales sont le plus petit animal capable de créer des jets à grande vitesse, elles peuvent donc potentiellement éclairer les applications de fabrication de jets dans de minuscules robots/buses. Et comme leur population atteint des milliards, l’impact de leur éjection de fluide sur l’écosystème est substantiel mais inconnu. Au-delà de l'ingénierie bio-inspirée, Bhamla pense que les créatures pourraient également éclairer les applications de biosurveillance.

"Nos recherches ont cartographié les schémas excréteurs des animaux, couvrant huit ordres d'échelle, depuis les minuscules cigales jusqu'aux énormes éléphants", a-t-il déclaré.

"Nous avons identifié les contraintes et les forces fondamentales qui dictent ces processus, offrant ainsi une nouvelle perspective permettant de comprendre les principes de l'excrétion, une fonction essentielle de tous les systèmes vivants. Ce travail approfondit non seulement notre compréhension des fonctions biologiques, mais ouvre également la voie à moyen d'unifier les principes sous-jacents qui régissent les processus essentiels de la vie. "