Inseto que faz xixi com uma catapulta é o primeiro exemplo conhecido de ‘superpropulsão’ na natureza

Parentes de cigarras conhecidas como insetos atiradores de elite podem catapultar gotas de xixi em velocidades super rápidas, revelando o primeiro exemplo conhecido de “superpropulsão” na natureza, segundo um novo estudo publicado na revista Nature Communications.

Esse efeito recém-descoberto ajuda os insetos a economizar energia durante o xixi e pode inspirar melhores dispositivos de autolimpeza e motores robóticos macios, observaram os cientistas.

No novo estudo, os pesquisadores examinaram parentes de cigarras conhecidas como atiradores de elite de asas vítreas (Homalodisca vitripennis). Esses insetos, com cerca de 1,2 centímetro de comprimento, se alimentam da seiva do xilema, a parte lenhosa de uma planta que traz água e nutrientes dissolvidos das raízes, em oposição ao floema, que traz o açúcar das raízes e folhas.

A dieta do atirador de elite é 95% de água e pobre em nutrientes. Assim, os insetos bebem constantemente a seiva do xilema para obter o suficiente para comer e fazer xixi até 300 vezes o seu peso corporal por dia. Para comparação, os humanos urinam cerca de um quadragésimo de seu peso corporal por dia.

Embora muito se saiba sobre a mecânica da alimentação, muito permanece desconhecido sobre a física da excreção, observaram os pesquisadores. Eles se concentraram em atiradores de elite para ver se seus pequenos corpos desenvolveram alguma inovação inteligente para lidar com a constante “chuva de cigarrinhas” que fazia xixi.

“Eu vi esses insetos fazendo xixi uma vez e me apaixonei”, disse o autor do estudo, Saad Bhamla, biofísico do Georgia Institute of Technology em Atlanta.

Os cientistas usaram vídeos de alta velocidade e microscopia para analisar uma estrutura na extremidade traseira do atirador, tecnicamente chamada de caneta anal, ou como Bhamla a chamou, uma “cintilação de bunda”. Quando o inseto está pronto para fazer xixi, a caneta se flexiona para baixo para abrir espaço enquanto o inseto espreme uma gota de urina. Quando a gota atinge um tamanho ideal, a caneta se curva ainda mais para baixo e então, como as nadadeiras de uma máquina de pinball, lança a gota, acelerando 10 vezes mais rápido do que os carros esportivos.

Os pesquisadores descobriram que a caneta viaja até 0,23 metros por segundo. No entanto, as gotas catapultadas voam cerca de 40% mais rápido, a até 0,32 metros por segundo.

A descoberta revela que um efeito chamado superpropulsão, visto anteriormente apenas em ambientes artificiais, está acontecendo. Com a superpropulsão, um projétil elástico se move mais rápido do que sua plataforma de lançamento por causa de um aumento de energia que recebe ao sincronizar seus movimentos com os de sua plataforma de lançamento, como um mergulhador cronometrando seu salto de um trampolim.

Especificamente, os cientistas descobriram que a caneta comprimia as gotículas, armazenando energia em sua tensão superficial pouco antes do lançamento para ajudar a catapultá-las em altas velocidades. A tensão superficial é a força que obriga as gotas de líquido a se acumularem, e resulta de quão fortemente as moléculas nos líquidos aderem umas às outras em oposição a outra coisa, fazendo com que as superfícies dos líquidos atuem como membranas flexíveis.

“Muitas vezes, negligenciamos a excreção porque é um tabu ou uma bobagem, mas é uma função biológica crítica semelhante à alimentação que tem importantes implicações energéticas, ecológicas e evolutivas”, disse o primeiro autor do estudo, Elio Challita, biofísico do Instituto de Tecnologia da Geórgia. “O que começou como uma observação curiosa de um mecanismo incomum de fazer xixi descobriu o primeiro exemplo de superpropulsão em um organismo biológico”.

Para ver por que os atiradores catapultavam gotas de xixi em vez de borrifar urina em jatos, os pesquisadores usaram microtomografias para analisar a anatomia dos insetos e fazer medições de dentro dos insetos. Isso ajudou a equipe a calcular a pressão e a energia que os insetos precisavam para fazer xixi, revelando que a superpropulsão exigia de quatro a oito vezes menos energia do que os jatos.

Essas descobertas podem ajudar os engenheiros a construir dispositivos que podem se limpar com menos energia. “As gotas de água geralmente aderem às superfícies devido à tensão superficial, o que pode ser indesejável em vários contextos, como na limpeza e prevenção de danos aos eletrônicos”, disse Challita. “A superpropulsão de gotículas oferece uma maneira de ejetar gotículas de superfícies, vibrando a superfície com a frequência vibracional das gotículas.”

Além disso, os resultados podem ajudar a melhorar a eficiência dos motores que os robôs macios e flexíveis usam para se mover.