Биологи нашли насекомых, выбрасывающих экскременты с ускорением в 40 g

Цикадки, которые питаются соком растений, вынуждены мочиться почти без остановки. Чтобы не расходовать на этот процесс слишком много энергии, они используют «анальный стилус», который выбрасывает урину мелкими каплями и на огромной скорости.

Мелкие цикадки из группы Proconiini пьют сок растений. Это не самый легкий способ найти себе пропитание: насекомым приходится прикладывать немало усилий, чтобы высасывать жидкость из трубочек ксилемы и отфильтровывать ее в огромных объемах для извлечения достаточного количества ценных веществ. Наконец, нужно постоянно удалять лишнюю жидкость из организма. Каждый день цикадки выбрасывают экскрементов в 300 раз больше собственного веса.

Этот процесс также требует энергии, однако ученые из Технического института штата Джорджия обнаружили, что насекомые нашли способ выводить экскременты экономно и эффективно. Вместо струи, создаваемой давлением, они выделяют капли, которые выбрасываются на огромной скорости специальной пружинной структурой, расположенной у выхода задней кишки. Об этом биологи пишут в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Саад Бхамла (Saad Bhamla) и его коллеги использовали скоростную видеокамеру, чтобы рассмотреть детали процесса выведения экскрементов. Ученые записали в общей сложности 22 таких акта у пяти цикадок Homalodisca vitripennis. Работа показала, что выброс происходит за счет движения особой структуры — «анального стилуса» (anal stylus).

Капля накапливается всего за 80 миллисекунд, после чего «стилус» разворачивается примерно на 15 градусов, накапливая упругую энергию, — и разряжается, запуская ее с огромным ускорением, которое может превышать 40 g. Для сравнения: при аварийной (но несмертельной) посадке космического корабля «Союз-18А» в 1975 году перегрузка достигала всего 20-25 g.

Ученые отметили, что скорость полета капли превышала скорость движения самого «анального стилуса» примерно в 1,4 раза. Насекомые добиваются этого, точно синхронизируя разрядку «стилуса» с колебаниями жидкости. Упругость самой капли придает ей дополнительную скорость. До сих пор подобный эффект был известен лишь инженерам, и это первый пример его использования живыми организмами.

За счет всех этих механизмов цикадки затрачивают на удаление экскрементов в несколько раз меньше усилий, чем требовалось бы при выведении ее в виде жидкой струи. Для крупных животных вроде нас расходы на мочеиспускание совсем незначительны, но для крошечных насекомых, вынужденных делать это практически без остановки, такая экономия имеет жизненно важное значение.