Cicaden ken je vooral van hun soms oorverdovende geluid in de zomer, maar wist je dat ze nog een bijzondere eigenschap hebben? Ze plassen met een flinke straal in plaats van met kleine druppeltjes zoals je bij hun formaat zou verwachten. Zelfs robots kunnen nog wat leren van hun unieke manier van urineren.
Al jaren proberen onderzoekers van de Georgia Institute of Technology meer te weten te komen over het geplas van cicaden. Maar dat is nog niet zo makkelijk, want hoewel de dieren een hoop lawaai maken, zijn ze moeilijk te vinden in de bomen waarin ze zich verborgen houden. Daarom is het een hele gebeurtenis als je een cicade ziet plassen. De wetenschappers hadden dat tot nu toe alleen op YouTube gezien.
Wat een geluk
Maar toen ze veldwerk deden in Peru hadden ze geluk: ze zagen een groot aantal cicaden in een boom…zitten te plassen. Dit moment was genoeg om te bewijzen dat cicaden anders urineren dan andere insecten. Ten eerste eten cicaden xyleemsap. Dat is plantweefsel dat water en mineralen vervoert. De meeste insecten die xyleem eten, plassen in druppeltjes, omdat dit minder energie kost. Maar cicaden zijn zulke gulzige eters dat het afscheiden van steeds weer een druppeltje juist te belastend zou zijn, waarbij bovendien niet genoeg voedingsstoffen uit het sap worden gehaald.
“De aanname is dat het meer energie kost als een insect overgaat van druppeltjes plassen naar een straal, omdat er dan meer snelheid moet worden gemaakt”, zegt onderzoeker Elio Challita, die momenteel aan Harvard werkt.
Kleine opening, kleine druppels
Ten tweede plassen kleine diertjes in druppels, omdat hun opening te klein is om iets dikkers af te scheiden. Maar cicaden zijn relatief groot. Hun spanwijdte kan net zo breed zijn als die van een kleine kolibrie. Daardoor is het voor hen wel mogelijk om in een straal te plassen.
“Eerder dachten we altijd dat het heel lastig is voor kleine dieren om een straal te produceren, omdat het ze zoveel energie kost om de vloeistof met een hogere snelheid te laten vrijkomen. Dat heeft de maken met oppervlaktespanning en de stroperigheid van de vloeistof. Een groter dier kan daarentegen vertrouwen op de zwaartekracht om te plassen”, aldus Challita.
De cicaden zijn dus een echte eyeopener als het gaat om de zogenoemde vloeistofdynamica, oftewel de stromingsleer, die de beweging van vloeistoffen en gassen beschrijft. Cicaden zijn de kleinste dieren die op hoge snelheid stralen kunnen produceren. De stevige straal van de insecten biedt inzicht in hoe dit bijvoorbeeld bij grote zoogdieren werkt.
Een raamwerk
Daarmee draagt het onderzoek bij aan een jarenlange studie naar de afscheiding van vloeistoffen bij allerlei soorten, van microscopisch kleine schimmels tot enorme walvissen. Het raamwerk dat zo is ontstaan, biedt inzicht in diverse functies, zoals het rondsproeien van gif, de verspreiding van sporen, het uitplassen van urine en de uitscheiding van vocht door planten. Dit kan handig zijn voor toepassingen in robotica of medicijnafgifte.
De kennis kan bijvoorbeeld helpen bij het ontwikkelen van stralen in kleine robots of automatische sproeiers. En omdat de cicaden met biljoenen zijn kan hun vloeistofafscheiding een behoorlijke impact hebben op ecosystemen, maar dat is nog volledig onbekend.
Essentiële processen van het leven
“Ons onderzoek heeft de afscheiding van vloeistoffen in kaart gebracht van allerlei soorten dieren, in acht ordes van grootte, van de kleine cicaden tot de grote olifanten”, vertelt de onderzoeker. “We hebben de fundamentele beperkingen en krachten geïdentificeerd die deze processen bepalen. Daarbij bieden we een nieuwe kijk op de principes van excretie, een cruciale functie van alle levende systemen. Dit werk verdiept niet alleen ons begrip van de biologische functie, maar plaveit ook de weg voor meer kennis van de onderliggende principes die de essentiële processen van het leven sturen”, klinkt het poëtisch.
Met andere woorden: de onderzoekers hebben gepoogd een allesomvattend beeld te schetsen van hoe vloeistoffen planten en dieren verlaten. En dat is ook nog nuttig in de techniek, zoals in de eerder genoemde robotica. “Dit werk toont aan dat zelfs de manier waarop organismen hun afval dumpen nieuwe inzichten kan opleveren voor de vloeistoffendynamica en innovatie in de robotica kan stimuleren en in allerlei andere technieken waarbij vloeistoffen op heel kleine schaal afgehandeld moeten worden.”
