蝉独特的排尿方式开启了对流体动力学的新理解

蝉是夏天的原声音乐，但它们的小便比它们的音乐更特别。它们不是喷洒飞沫，而是从小框架中喷出尿液。多年来，佐治亚理工大学的研究人员一直想了解蝉独特的排尿方式

化学与生物化学工程学院助理教授Saad Bhamla和他的研究小组希望有机会研究蝉的液体排泄。然而，虽然蝉很容易被听到，但它们躲在树上，很难观察到。因此，看到蝉撒尿是一件大事。巴姆拉的团队只在YouTube上观看了这一过程

然后，在秘鲁进行实地调查时，该团队很幸运：他们看到树上有很多蝉在撒尿

这一瞬间的观察足以推翻两种主要的昆虫小便范式。首先，蝉吃木质部树液，大多数木质部进食者只在液滴中小便，因为它排泄树液的能量较少。然而，蝉是如此贪食，以至于单独扔掉每一滴小便会过于费力，而且无法从树液中提取足够的营养

巴姆拉实验室的前博士生、现任哈佛大学博士后研究员Elio Challita说：“我们的假设是，如果昆虫从液滴形成转变为喷流，它将需要更多的能量，因为昆虫必须注入更多的速度。”

调查结果摘要。来源：佐治亚理工大学（Saad Bhamla/Elio Challita）

其次，较小的动物预计会在飞沫中撒尿，因为它们的口太小，无法排放出更厚的东西。因为蝉的体型更大—翼展可以与小型蜂鸟的[acirc；相媲美€”它们在喷射器中排出小便所用的能量更少

＜p＞Challita说：“以前，人们认为，如果一只小动物想喷出水柱，那么这就有点具有挑战性，因为它会消耗更多的能量迫使流体以更高的速度排出。这是由于表面张力和粘性力。但体型较大的动物可以依靠重力和惯性力小便。”

蝉喷水的能力让研究人员对流体动力学如何影响这些微小昆虫有了新的了解€”甚至大型哺乳动物。研究人员在《美国国家科学院院刊》上发表了这一对范式的挑战，题为“统一从蝉到大象的生命中的流体排泄”

蝉撒尿。来源：乔治亚理工大学（Saad Bhamla/Elio Challita）

多年来，该研究小组一直在研究跨物种的流体喷射，最终形成了arXiv预印本，该预印本描述了从微观真菌到巨型鲸鱼的这种现象。它们的框架揭示了不同的功能—如排泄、毒液喷洒、猎物狩猎、孢子传播和植物清除等—强调了在软机器人、增材制造和药物输送方面的潜在应用

蝉是制造高速射流的最小动物，因此它们有可能为微型机器人/喷嘴制造射流的应用提供信息。由于它们的人口达到数万亿，它们喷出的液体对生态系统的影响是巨大的，但未知。除了生物工程，Bhamla相信这些生物还可以为生物监测应用提供信息

他说：“我们的研究绘制了动物排泄模式的地图，从微小的蝉到巨大的大象，涵盖了八个数量级。”

“我们已经确定了决定这些过程的基本约束和力量，提供了一个新的视角来理解排泄的原理，排泄是所有生命系统的关键功能。这项工作不仅加深了我们对生物功能的理解，还为统一支配生命基本过程的基本原理铺平了道路。”