חוקרים בג'ורג'יה טק גילו שציקדות, בניגוד למאכילי מוהל קסילם אחרים, משתנות בסילונים חזקים ולא בטיפות. תצפית זו, שנעשתה במהלך עבודת שטח בפרו, מאתגרת נורמות מבוססות לגבי הטלת שתן של חרקים ושימוש באנרגיה.
בעוד שרוב החרקים והיונקים הקטנים משתינים בטיפות, הציקדות משתנות בסילונים. חוקרי ג'ורג'יה טק אומרים שהממצא יכול לשמש ליצירת רובוטים טובים יותר וחירים קטנים.
צרצרים הם הפסקול של הקיץ, אבל הפיפי שלהם יותר מיוחד מהמוזיקה שלהם. במקום לזלף טיפות, הם פולטים סילוני שתן מהמסגרות הקטנות שלהם. במשך שנים, חוקרי ג'ורג'יה טק רצו להבין את הטלת השתן הייחודית של הציקדה.
סעד בהמלה, עוזר פרופסור בבית הספר להנדסה כימית וביוכימית, וקבוצת המחקר שלו קיוו להזדמנות לחקור את הפרשת הנוזלים של ציקדה. עם זאת, בעוד שציקדות נשמעות בקלות, הן מסתתרות בעצים, מה שקשה לצפות בהן. ככזה, לראות פיפי של ציקדה הוא אירוע. הצוות של בהמלה צפה בתהליך רק ביוטיוב.
ואז, תוך כדי עבודת שטח בפרו, לצוות היה מזל: הם ראו צרצרים רבים על עץ, עושים פיפי.
רגע התבוננות זה הספיק כדי להפריך שתי פרדיגמות פיפי עיקריות של חרקים. ראשית, ציקדות אוכלות מוהל קסילם, ורוב מזיני הקסילמים משתינים רק בטיפות מכיוון שהוא משתמש בפחות אנרגיה כדי להפריש את המוהל. עם זאת, צרצרים הם אכלנים רעבים כל כך, עד שהרחקת כל טיפת פיפי בנפרד תהיה מכבידה מדי ולא תפיק מספיק חומרים מזינים מהמוהל.
"ההנחה הייתה שאם חרק עובר מהיווצרות טיפות לסילון, הוא ידרוש יותר אנרגיה מכיוון שהחרק יצטרך להזריק יותר מהירות", אמר אליו צ'אליטה, דוקטור לשעבר. סטודנט במעבדה של בהמלה וחוקר פוסט-דוקטורט נוכחי באוניברסיטת הרווארד.
שנית, בעלי חיים קטנים יותר צפויים להשתין בטיפות מכיוון שהפתח שלהם זעיר מכדי לפלוט משהו עבה יותר. בגלל גודלן הגדול יותר של ציקדות – עם מוטת כנפיים שיכולה להתחרות בזו של יונק דבש קטן – הן צורכות פחות אנרגיה כדי לגרש פיפי בסילונים.
"בעבר היה מובן שאם חיה קטנה רוצה להוציא סילוני מים, אז זה הופך להיות קצת מאתגר, כי בעל החיים מוציא יותר אנרגיה כדי לאלץ את יציאת הנוזל במהירות גבוהה יותר. זה נובע ממתח פני השטח וכוחות צמיגים. אבל חיה גדולה יותר יכולה להסתמך על כוח הכבידה וכוחות האינרציה כדי להשתין", אמר צ'אליטה.
היכולת של הציקדות להזרים מים הציעה לחוקרים הבנה חדשה כיצד דינמיקת נוזלים משפיעה על החרקים הזעירים הללו – ואפילו על יונקים גדולים. החוקרים פרסמו את האתגר הזה לפרדיגמה כקיצור, "איחוד הפרשת נוזלים על פני החיים מציקדות לפילים", ב- הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים השבוע של 11 במרץ.
"המחקר שלנו מיפה את דפוסי ההפרשה של בעלי חיים, המשתרעים על פני שמונה סדרי קנה מידה מציקדות זעירות ועד פילים מסיביים. עבודה זו לא רק מעמיקה את ההבנה שלנו לגבי פונקציות ביולוגיות, אלא גם סוללת את הדרך לאיחוד העקרונות הבסיסיים השולטים בתהליכים החיוניים של החיים."
— סעד בהמלה
במשך שנים, קבוצת המחקר בוחנת פליטת נוזלים לרוחב מִין, ששיאו בהדפסה מקדימה של arXiv שמאפיינת את התופעה הזו מפטריות מיקרוסקופיות ועד לווייתנים ענקיים. המסגרת שלהם חושפת פונקציות מגוונות – כגון הפרשה, ריסוס ארס, ציד טרף, פיזור נבגים וסוטציה של צמחים – המדגישים יישומים פוטנציאליים ברובוטיקה רכה, ייצור תוספים ואספקת תרופות.
צרצרים הם החיה הקטנה ביותר ליצור סילונים מהירים, כך שהם יכולים להודיע ליישומים בייצור סילונים ברובוטים/חרירים זעירים. ומכיוון שאוכלוסייתם מגיעה לטריליונים, ההשפעה של המערכת האקולוגית של פליטת הנוזלים שלהם היא משמעותית אך לא ידועה. מעבר להנדסה בהשראת ביו, בהמלה מאמינה שהיצורים יכולים גם להודיע ליישומי ניטור ביו.
"המחקר שלנו מיפה את דפוסי ההפרשה של בעלי חיים, המשתרעים על פני שמונה סדרי קנה מידה מציקדות זעירות ועד פילים מסיביים", אמר. "זיהינו את האילוצים והכוחות הבסיסיים שמכתיבים את התהליכים הללו, ומציעים עדשה חדשה שדרכה ניתן להבין את עקרונות ההפרשה, פונקציה קריטית של כל מערכות החיים. עבודה זו לא רק מעמיקה את ההבנה שלנו לגבי פונקציות ביולוגיות, אלא גם סוללת את הדרך לאיחוד העקרונות הבסיסיים השולטים בתהליכים החיוניים של החיים."
"לביולוגיה ולמגוון צורות החיים יש פוטנציאל להניע התקדמות בתחומים מטיפולי בריאות ועד ייצור ותעשיות מפתח אחרות", אמרה מרים אשלי-רוס, מנהלת התוכנית בקרן הלאומית למדע בארה"ב, שסייעה במימון העבודה. "עבודה זו מראה שאפילו הדרך שבה אורגניזמים נפטרים מפסולת יכולה לספק תובנות חדשות על דינמיקת נוזלים המעודדת חדשנות ברובוטיקה רכה ודרכים לטפל בנוזל בהיקפים קטנים בכל סוגי הייצור. זה גם מראה כמה אנחנו עדיין צריכים ללמוד על אורגניזמים כמו ציקדות, שלעתים קרובות מכוסים בחדשות".
מחקר זה מומן על ידי מענק MIRA מ- המכונים הלאומיים לבריאות (R35GM142588) ומענק מהקרן הלאומית למדע (POLS-2310691).
