Böceklerin İnanılmaz Üriner Sistemleri
Yaklaşık bir inç kadar küçük olan çekirgeler, gün içinde çok fazla yemek tüketerek sık sık idrara çıkma ihtiyacı duyuyorlar ve bu idrarı jet şeklinde çıkartıyorlar. Bu konuyla ilgili olarak Proceedings of the National Academy of Sciences'de yayınlanan bir makalede çekirgelerin idrar çıkarma alışkanlıklarının incelendiği belirtilmiş. Bu durum oldukça nadir görülen bir durum çünkü benzer böcek türlerinin genellikle daha enerji verimli idrar damlacıkları oluşturdukları biliniyor. Yetişkin çekirgelerin hatta müdahalecilere karşı anal jetleri ile atış yaptıkları da bilinen bir gerçek. Tüm bu bilgiler, bu ilkbaharda gerçekleşecek olan "çift döl" çekirge mevsimi başladığında aklımızda olacak.
Bilim camiası, emme böceklerinin sıvı dinamiği üzerine pek çok araştırma yapmasına rağmen atıklarını nasıl ortaya çıkardıkları konusuna pek fazla ilgi göstermiyor. Georgia Tech'den Saad Bhamla'ya göre (ancak Leonardo da Vinci, damlacık oluşumunda sıvı yapışkanlığı ve jet davranışı konusunda büyük bir merak içindeydi). Ancak, bu her organizmanın ekolojik ve metabolik düzenlemeleri açısından kritik bir fonksiyon. Bu nedenle Bhamla'nın araştırmaları, bu eksikliği gidermeye odaklanmış durumda ve çeşitli canlılarda atık eliminasyonunu yönettiği söylenen eski moda memelilere merkezlenmiş paradigmalara meydan okuyor.
Örneğin, geçen yıl ekibi cam kanatlı akarlarının idrar yapma alışkanlıklarını inceledi. Bu akarlar büyük miktarda su içiyorlar ve bitkinin ksilem dokusuna (kökten gövde ve yapraklara su taşıyan yapı) delik açarak bitki öz suyunu emiyorlar. Bu nedenle akarlar sık sık idrar yapıyorlar ve günlük vücut ağırlıklarının 300 katı kadar idrar atabiliyorlar. Damlacık yerine idrar atarak daha ileri hızlara ulaşan anal jetler oluşturuyorlar, Lamborghini'den 10 kat daha hızlı hızlanmalar sergiliyorlar.
Böceklerin, bu alışılmadık "süper itme" mekanizmasını enerjiyi korumak için kullandıklarını buldular. Araştırmacılar, akarın anal stilusunu suya dalmış bir dalıcıya benzettiler. Yaptıkları modeller, bu süper itme mekanizmasının sadece idrar akışı üretmekten 4 ila 8 kat daha az enerji harcadığını gösteriyor. Ayrıca, idrar damlacıklarını daha uzak mesafelere fırlatmak, akarların parazit yaban arıları gibi avcılar tarafından kimyasal olarak tespit edilmesini daha az olası hale getiriyor.
Bu tür bir atma stratejisini kullanan tek böcek türü cam kanatlı akarlar değil doğada birçok "dışkı atıcı", "popo çırpıcı" ve "bok fırlatıcı" var. Örneğin, bazı çimenlerdeki tırtılların anal plakalarında kilitler bulunur ve katı pelletleri atmaları için kan basınçlarını artırabilirler ve bazı gece güveleri türleri, dışkı sınırlarını göğüs bacaklarıyla uzaklaştırır. Ancak, cam kanatlı akarlarda süper itme mekanizmasının gerçekleştiren ilk canlı olduğu belirtiliyor.
Birçok kişi, çekirgelerin idrar yapmak için benzer bir stratejiye başvuracağını düşünebilir (damlacıklar halinde süper itme yapma). "Bu, bir böceğin damla oluşturmadan sonra jet oluşturmaya geçerse, daha fazla enerji harcaması gerekeceği varsayımıydı," diyor Georgia Tech'te doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapan Elio Challita. "Önceden düşünüldüğü gibi, küçük bir hayvanın su jetleri fırlatmak istemesi biraz zor olabilir, çünkü hayvanın daha yüksek hızda sıvının çıkışını zorlamak için daha fazla enerji harcaması gerekir. Bu yüzey gerilimi ve viskoz kuvvetlerden kaynaklanır. Ancak daha büyük bir hayvan yerçekimi ve atalet kuvvetlerine güvenebilir idrar yapmak için." Bu yalnızca yapılan araştırmalar olsa da çekirdek böceklerin doğada idrar yaparken gözleminin zor olduğunu belirtmektedirler, çünkü ağaçlarda çok vakit geçirirler. Ancak, Peru'da saha çalışmaları yaparken Bhamla ve Challita şans eseri birkaç çekirgenin ağaçta idrar yaparken izlemeye şanslı oldular. Bu çekirgelerin idrar damlacıklarını savurmak yerine, jetler halinde idrar attığını gördüler. Bu durum şaşırtıcıydı çünkü, cam kanatlı akarlarda olduğu gibi çekirgeler de bir bitkinin ksileminden (kökten gövde ve yapraklara su taşıyan yapı) gelen öz suyu tüketirken, günlük vücut ağırlıklarının 300 katı kadar öz suyu tüketir. Bu öz su yaklaşık olarak %95 oranında sudur, bu nedenle besin olarak sadece çok az içerige sahiptir ve idrarın bu şekilde jetler halinde çıkarılması çok fazla yakıt gerektirir.
Ancak çekirdek böcekleri aynı zamanda ortalama cam kanatlı akarlardan çok daha büyüktür en büyük tür (imparator çekirgesi) bazı arı kuşlarından bile büyüktür ve bu durum atıklarını nasıl ortaya çıkardıklarını etkiler. Özellikle, cam kanatlı akarlardan daha büyük açıklıkları olduğu için idrar yapmak için daha az basınç gerektirir. "Bu nedenle, çekirdek böcekleri gibi daha büyük ksilem emici böcekler, beslenme ve dışkı çıkarmada daha az enerji harcarlar, böylece suyun itilmesi hem enerji açısından verimli hem de mekanik açıdan mümkündür" sonuçlarına varmışlardır. Bunlar, çekirdek böceklerinin müdahalecilere karşı anal jetlerini neden kullandıklarını açıklayabilirken, nimfal çekirdek böcekleri, yeraltı salonları, odalar ve bazen yerüstü kuleler inşa etmek için idrarlarını toprağı nemlendirmek için kullanırlar.
Bu PNAS makalesinin yanı sıra, Bhamla, Challita ve üçüncü meslektaşları Pankaj Rohilla, bombardıman böcekleri ve okçu balıklarından filler ve balinalara kadar çeşitli ölçeklerde eşekşamlı çıkışların karmaşık sıvı fiziği hakkında fizik arXiv'e bir önsürüm yayınladı. Analiz, hem kas gücüyle çalışan aktif sistemleri hem de yerçekimi veya osmoz tarafından sürülen pasif mekanizmaları kapsar. Ümitleri, bu bulguların yumuşak robotik, katkı maddeli imalat ve ilaç dağıtımı gibi potansiyel mühendislik uygulamaları olacağına dair.
"Araştırmamız, yaşamların temel süreçlerini yöneten altta yatan prensipleri anlama bakış açısı sunan temel kısıtlamaları ve kuvvetleri tanımladı," diyor Bhamla. "Bu çalışma sadece biyolojik fonksiyonların anlayışımızı derinleştirmekle kalmaz, aynı zamanda yaşamın temel süreçlerini yöneten altta yatan prensipleri birleştirmek için bir yol açar."
