Un articolo di recente pubblicato su Nature Communications parla di un insetto molto particolare. Gli insetti tiratori scelti ad ali di vetro usano la superpropulsione a goccia per eliminare ogni giorno i loro rifiuti corporei, in quantità fino a 300 volte il loro peso corporeo.
Questo meccanismo permette ai tiratori scelti di sputare le goccioline di urina, formando una sorta di “pioggia”. Si tratta di una straordinaria strategia per risparmiare energia. Questo studio è stato condotta in scala millimetrale. Si è osservato come questi insetti abbiano una dieta che composta al 95% di acqua e sostanzialmente povera di componenti nutrizionali.
Il sistema di filtraggio degli insetti tiratori scelti
Questi insetti tramite questo singolare sistema di smaltimento, eliminano una quantità di rifiuti corporei eccezionale. Si pensi che l’uomo elimina circa il 2,5% del suo peso corporeo ogni giorno. Per sopravvivere alla loro dieta, questi insetti utilizzano grandi muscoli e un efficiente sistema digerente per estrarre e filtrare grandi volumi di liquido vegetale.
Saad Bhamla e colleghi hanno scoperto, inoltre, che gli insetti tiratori scelti hanno un sistema di filtraggio diverso dai sistemi di smaltimento dei rifiuti degli altri insetti. La superpropulsione è un fenomeno in cui un liquido viene sospinto verso l’alto ad una velocità superiore al movimento oscillatorio dell’insetto che lo produce.
Una capacità che potrebbe ispirare l’ingegneria meccanica e balistica
Questi insetti sintonizzano temporaneamente la frequenza del movimento del loro stilo anale alla frequenza del gettito di urina verso l’alto. L’osservazione di questi insetti potrebbe ispirare addirittura i sistemi ingegneristici umani. Potremmo costruire così strutture autopulenti efficienti dal punto di vista energetico e motori robotici flessibili.
Il consumo di cibo e l’eliminazione dei rifiuti sono funzioni vitali per tutti i sistemi viventi. Il modo in cui l’alimentazione influisce sulle funzioni vitali degli animali è stato studiato per più di un secolo a partire da Darwin. Tuttavia l’escrezione, i comportamenti animali e l’energia consumata rimangono in gran parte tematiche inesplorate della zoologia.
La loro è una dieta povera di nutrienti
Gli insetti tiratori scelti sono stati osservati in scala millimetrica (Cicadellidae). Questi insetti si nutrono esclusivamente della linfa xilematica di una pianta, una fonte, come abbiamo detto, deficitaria di sostanze nutritive (è composta al 95% di liquido vegetale).
Gli esperti, attraverso un’osservazione sistematica che tiene conto della fluidodinamica computazionale e della biofisica, hanno dimostrato che questi insetti sintonizzano la frequenza del loro stilo anale alla frequenza dello scattering di Rayleigh, con una risonanza singolare per le loro piccole dimensioni.
La superpropulsione
La superpropulsione a goccia da parte di questi insetti è energeticamente più economica che formare un getto unico verso l’alto. Questo sistema di smaltimento permette loro di sopravvivere nonostante la loro dieta povera di nutrienti. I principi della superpropulsione potrebbero spingere l’ingegneria moderna a emulare questa straordinaria capacità di risparmio dell’energia nei progetti di strutture autopulenti ad alta efficienza energetica e nelle strutture balistiche.
E’ singolare in questi insetti come l’escrezione influenzi il comportamento, la morfologia e l’energia. Per sopravvivere questi insetti devono necessariamente risparmiare più energia possibile a causa del loro alto tasso metabolico e dei limiti fisici del loro habitat.
Una sfida fluidodinamica
Questi insetti xilemaidi, chiamati insetti tiratori scelti (della famiglia Cicadellidea), utilizzano la superpropulsione nonostante rappresenti una sfida fluidodinamica, soprattutto per la loro energia limitata a causa della loro dieta interamente basata sulla linfa xilematica della pianta di cui si nutrono.
Riescono ad essere vettori delle malattie delle piante
Per sopravvivere nonostante questa dieta frugale, gli insetti tiratori scelti usano grandi muscoli cibari e un sistema digestivo efficiente (una sorta di camera filtrante) per estrarre e filtrare grande volumi del liquido xilematico (fino a 300 volte il loro peso corporeo ogni giorno, rispetto agli esseri umani che filtrano ~1/40 peso corporeo ogni giorno).
Successivamente, i tiratori scelti devono espellere costantemente ed efficacemente i loro rifiuti fluidi (~99% acqua, tramite una ‘pioggia di cicaline‘), fungendo da vettori delle malattie delle piante.
