L’enquêteur Saad Bhamla Il se trouvait dans le patio de sa maison lorsqu’il a vu quelque chose d’inhabituel : un pipi d’insecte. C’était environ une tireur d’élite o cicadelle (Cicadelles) qui a formé une petite tache ronde presque parfaite sur sa queue, puis l’a relâchée, la faisant presque disparaître. Et ce n’était pas le seul « coup » : il le faisait pendant des heures. Cette vue a intrigué Bhamla, professeur à l’École de génie chimique et biomoléculaire de l’Institut de technologie de Géorgie, qui avait le pressentiment que ce qu’il voyait n’était pas anodin.
C’est pourquoi Bhamla, avec Élio Challitaun étudiant en bio-ingénierie du même centre, a enquêté sur cette pratique inconnue, découvrant qu’ils expulsent leur urine par superdrive, une technique qui leur permet d’éliminer des quantités de liquide jusqu’à 300 fois leur propre poids corporel par jour. Les conclusions viennent d’être publiées dans un article de la revue ‘Communication Nature‘.
“On sait peu de choses sur la dynamique des fluides de l’excrétion, malgré son impact sur la morphologie, l’énergie et le comportement des animaux”, explique Bhamla lui-même. “Nous voulions voir si ce petit insecte avait développé une sorte de mécanisme délibéré pour uriner de cette manière.”
petit mais puissant
Les chercheurs ont utilisé la vidéo à haute vitesse et la microscopie pour voir précisément ce qui se passait dans la queue de l’insecte. Ils ont d’abord identifié le rôle joué par un outil biophysique très important appelé ‘stylet anal‘, qui lance la goutte dans un mouvement similaire à celui effectué par la main d’un basketteur lors d’un tir au panier.
Challita et Bhamla ont observé que lorsque le «sniper» est prêt à uriner, l’aiguille anale tourne d’une position neutre vers l’arrière pour laisser de l’espace pendant que l’insecte expulse le liquide. La goutte se forme et grossit progressivement à mesure que le stylet reste au même angle. Lorsque le blob approche de son diamètre optimal, cet appendice recule d’environ 15 degrés puis, comme les nageoires d’un flipper, lance le blob à une vitesse incroyable, plus que l’accélération d’un guépard ou d’un athlète Usain Bolt. De plus, les auteurs ont calculé que il expulse la goutte dix fois plus vite que les voitures de sport les plus rapides.
“Nous avons réalisé que cet insecte avait développé un ressort et un levier comme une catapulte et qu’il pouvait utiliser ces outils pour lancer à plusieurs reprises des gouttes d’urine à des accélérations élevées”, explique Challita.
Superdrive : Comme un tremplin
Les chercheurs ont ensuite comparé la vitesse du « stylet anal » avec celle de la gouttelette et ont trouvé une surprise : bien qu’ils aient supposé que la vitesse serait la même, les données ont révélé que les gouttelettes allaient 1,4 fois plus vite que le mouvement de celle-ci. annexe. Ensuite, les auteurs se sont rendus compte que ce phénomène correspondait à la présence de superdrive, un phénomène qui avait été observé dans les dispositifs artificiels (en particulier dans le comportement des gouttes d’eau qui se détachaient d’une masse plus importante sous l’action d’une « langue » en plastique), et qui s’apparente à l’impulsion supplémentaire reçue par une personne qui Il saute d’un tremplin chaque fois qu’il le fait au bon moment. Dans ce cas, ils ont découvert que cet appendice comprime les gouttelettes, accumulant l’énergie de la tension superficielle, juste avant le lancement.
Cependant, il restait une question importante dans l’air : pourquoi expulser des gouttes et non un flux continu, comme d’autres animaux -y compris d’autres insectes- ? La réponse semble se trouver dans l’alimentation. Les cicadelles se nourrissent uniquement de sauge xylème, un liquide pauvre en nutriments contenant uniquement de l’eau et une petite quantité de minéraux. Ils boivent jusqu’à 300 fois leur poids corporel par jour à partir de ce liquide, ils boivent donc en permanence et doivent aussi constamment excréter l’excès d’eau (ce qui correspond à 99% de la composition de la sève).
D’autres insectes se nourrissent également de cette sève ; cependant, ils excrètent de puissants jaillissements. C’est pourquoi ils ont analysé des échantillons de cicadelles pour voir ce qui se passait à l’intérieur grâce à la microtomographie informatisée. Avec ces informations, ils ont calculé la pression requise par l’insecte pour pousser le fluide à travers son canal anal et la quantité d’énergie dont il avait besoin pour le faire. Les données révèlent que l’éjection de gouttelettes sert de stratégie pour conserver l’énergie dans leur cycle alimentation-excrétion. C’est-à-dire qu’en raison de leur petite taille, uriner les gouttes leur coûte moins de travail que d’uriner un jet.
Applications de miction des cicadelles
En combinant la biologie, la physique et l’ingénierie, la recherche a des implications dans plusieurs domaines. Comprendre le rôle de l’excrétion dans le comportement, la taille et l’évolution des animaux peut avoir des applications en écologie et en dynamique des populations. Par exemple, les cicadelles sont un ravageur agricole majeur en Californie et en Floride, propageant des maladies dans les vignobles et les plantations d’agrumes, causant des millions de dollars de dégâts. Leurs excrétions pourraient potentiellement servir d’outil de surveillance des vecteurs, car le problème risque de s’aggraver avec le changement climatique. L’analyse de l’équipe souligne également l’importance d’étudier les processus d’excréments, car ils peuvent révéler une perspective à multiples facettes sur le comportement d’un organisme.
D’autre part, étudier comment ils utilisent le superdrive peut également fournir des informations sur la façon de concevoir des systèmes pour repousser l’eau, tels que les montres intelligentes qui repoussent l’humidité en utilisant les vibrations des haut-parleurs.
“Ce travail renforce l’idée que la science axée sur la curiosité est précieuse”, déclare Challita. “Et le fait que nous ayons découvert quelque chose d’aussi intéressant que la superpropulsion de gouttelettes dans un système biologique, qui a également des applications dans différents domaines, le rend encore plus fascinant.”
