یک مطالعه جدید یک شاهکار باورنکردنی از حشرهای کوچک را نشان داده که میتواند قطرات ادرار خود را با سرعتی عجیب پرتاب کند. حشره تیرانداز کوچک بالشیشهای (Homalodisca vitripennis) میتواند با سرعتی حیرتانگیز به نسبت جثه ۱۲ میلیمتری خود ادرار کند و یک حباب مایع را با سرعتی در حدود ۳۰ سانتیمتر در ثانیه پرتاب کند.
بر اساس تجزیه و تحلیل دقیقی که شامل مدلسازی کامپیوتری و آزمایشهای فیزیکی است، دانشمندان فکر میکنند که روش غیرعادی ادرار کردن این حشرات به آنها کمک میکند انرژی ارزشمندی را که از مایعات گیاهی فقیر از مواد مغذی جذب میکنند، حفظ کنند. این تحقیق با مشاهدات انجام شده توسط سعد باملا، مهندس زیست مولکولی از موسسه فناوری جورجیا در ایالات متحده، که متوجه این شیوه ادرار کردن این حشرات در حیاط خلوت خود شد، آغاز شد.
این حشرات قطرات ریز ادرار را از انتهای بدن خود دفع میکنند و با کمک یک زائده قلمیشکل که مانند منجنیق عمل میکند، آنها را با سرعت بالا پرتاب میکنند.
باملا میگوید: «در مورد دینامیک مایع دفعشده، باوجود تاثیر آن بر مورفولوژی، انرژی و رفتار حیوانات، اطلاعات کمی در دست است. ما میخواستیم ببینیم که آیا این حشره کوچک، نوآوریهای هوشمندانهای داشته تا از این طریق ادرار کند یا خیر.»
باملا و همکارانش با دوربینهای پرسرعت و تکنیکهای میکروسکوپی نگاهی دقیقتر به این شیوه دفع منجنیقی ادرار انداختند. انتهای قلمشکل این حشره، کمی شبیه بالههای یک ماشین پین بال است و دفع ادرار را تا بیش از ۴۰ برابر جاذبه تسریع میکند (در کل ۱۰ برابر بیشتر از ماشینهای اسپرت رده بالا).
زمانی که آنها سرعت قسمت قلمیشکل را با سرعت قطرات مقایسه کردند، متوجه شواهدی از وجود ابرپیشرانه شدند. این قطرهها می توانند با سرعتی ۱.۴ برابر سرعت قسمت قلمی حرکت کنند که به معنای وجود منبع نیروی اضافی است.
دانشمندان تعیین کردند که قلم، قطرات مایع را قبل از رها شدن فشرده میکند و انرژی را در کشش سطحی و کشش بین مولکولهای قطرات ذخیره میکند. در زمان مناسب، قطره میتواند با سرعت فوقالعادهای به پرواز درآید.
الیو چالیتا، دانشجوی مهندسی زیست مولکولی نیز از موسسه فناوری جورجیا، میگوید: «ما متوجه شدیم که این حشره به طور موثر فنر و بخش اهرمیمانند منجنیقش را تکامل داده است و میتواند از این ابزارها برای پرتاب کردن قطرات ادرار مکرر با شتابهای بالا استفاده کند.»
سوال آخر این بود که چرا تیراندازان به این شکل تکامل یافته بودند. از طریق تجزیه و تحلیل مورفولوژی تیراندازان، روده عقبی و دینامیک سیال شیره آوند چوبی درونشان، دانشمندان فکر میکنند این روش کم مصرف به حشرات اجازه میدهد مقادیر نسبتا زیادی مایع را راحتتر دفع کنند.
با داشتن ۹۵ درصد آب، شیره آوند چوبی حاوی مواد مغذی کمی است، بنابراین حشرات تیرانداز باید حجم زیادی از آن را بنوشند (تا ۳۰۰ برابر وزن بدن خود در روز) تا انرژی کافی برای زنده ماندن دریافت کنند. کوچکی جثه این حشرات باعث شده که برای دفع ادرار، از روش پرتاب استفاده کنند.
این اولین بار است که این نوع ابرپیشرانه در یک موجود زنده دیده میشود. به گفته محققان، در نهایت، این یافتهها میتواند به ما کمک کند تا راههای بهتری برای دفع آب از ابزارهای کممصرف مانند ساعتهای هوشمند پیدا کنیم.
۵۸۵۸
