La singular forma de vaciar sus vejigas nos ayuda a comprender mejor la dinámica de los fluidos en el reino animal

Las cigarras miden apenas unos centímetros, pero comen tanto que tienen que orinar con frecuencia, expulsando chorros, según un nuevo artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Esto es inusual, ya que se sabe que insectos similares forman gotas de orina, que son más eficientes energéticamente, en lugar de chorros. Incluso existen cigarras adultas que rocían a los intrusos con sus fluidos anales. Sí, llévate esa idea a la cama antes de dormir…

La comunidad científica se ha interesado mucho por la dinámica de fluidos de los insectos chupadores, pero no tanto por cómo eliminan sus desechos, según Saad Bhamla, del Tecnológico de Georgia. Sin embargo, se trata de una función crítica para la regulación ecológica y metabólica de cualquier organismo. Por eso, la investigación de Bhamla se centra en subsanar esa deficiencia y cuestionar lo que él considera paradigmas obsoletos centrados en los mamíferos.

Formas de orinar en el mundo de los insectos

El año pasado su equipo estudió la micción en las chicharritas de alas vidriosas. Este insecto bebe grandes cantidades de agua, perforando el xilema de la planta, que transporta el líquido desde las raíces hasta los tallos y las hojas para succionar la savia. Por eso orina con frecuencia, expulsando hasta 300 veces su propio peso corporal cada día. En lugar de producir un chorro constante, las chicharritas forman gotas de orina en el ano y las catapultan lejos de su cuerpo a velocidades extraordinarias, con aceleraciones 10 veces superiores a las de un Lamborghini.

Encontraron que el insecto utiliza este inusual mecanismo de “superpropulsión” para conservar energía y compararon el uso de su canal anal con el salto de un buzo desde una plataforma de gran altura. Los autores demostraron que el uso de este mecanismo de superpropulsión consume entre cuatro y ocho veces menos energía que la producción simple de un chorro de orina. Además, al lanzar las gotas de orina más lejos, es menos probable que sean detectadas químicamente por depredadores como las avispas parásitas.

Estas chicharritas de alas vidriosas lanzan burbujas de orina con una catapulta anal.

Tampoco es el único tipo de insecto que emplea esta clase de estrategia de excreción; la naturaleza tiene muchos “tiradores de excrementos”, “sacudidores de anos” y “lanzadores de estiércol”. Por ejemplo, las larvas de los hespéridos tienen pestillos en las placas anales y elevan la presión sanguínea para expulsar bolitas sólidas, mientras que algunas especies de noctuidos (familia de las polillas) expulsan bolitas con las patas torácicas. Sin embargo, el estudio de la chicharrita de alas vidriosas supone la primera vez que se observa la superpropulsión en un organismo vivo.

La peculiaridad de las cigarras al orinar

Cabría suponer que las cigarras emplearían una estrategia similar (superpropulsión de gotitas) para orinar. “La hipótesis era que si un insecto pasa de la formación de gotas a un chorro, requerirá más energía porque el insecto tendría que inyectar más velocidad”, explica el coautor Elio Challita, actualmente investigador postdoctoral en la Universidad de Harvard, quien trabajó en el laboratorio de Bhamla mientras era estudiante de posgrado en Georgia. “Anteriormente, se entendía que si un animal pequeño quiere expulsar chorros de agua, esto se convierte en un reto mínimo, porque el animal gasta más energía para forzar la salida del fluido a mayor velocidad. Esto se debe a la tensión superficial y a las fuerzas viscosas. Pero un animal más grande confía en la gravedad y las fuerzas de inercia para orinar”.

Es difícil observar a las cigarras haciendo sus necesidades en la naturaleza, ya que pasan mucho tiempo escondidas en los árboles. Pero durante un trabajo de campo en Perú, Bhamla y Challita tuvieron la suerte de ser testigos de varias cigarras orinando en un árbol. Y en lugar de expulsar gotas de orina, las cigarras arrojaban chorros. Esto resulta sorprendente, ya que, al igual que la chicharrita, las cigarras se dan un festín con la savia del xilema de las plantas, engullendo 300 veces su peso corporal al día. Esa savia está compuesta en un 95% de agua, por lo que no tiene mucho contenido nutritivo, y los chorros de orina requieren mucho combustible.

Pero las cigarras también son mucho más grandes que las chicharritas promedio. La especie más grande, la cigarra emperatriz, es de mayor tamaño incluso que algunos colibríes; y eso influye en su forma de eliminar los desechos. En concreto, sus orificios son mayores que los de las cigarras promedio, por lo que necesitan menos presión para orinar. “Así pues, los insectos más grandes que se alimentan del xilema, como las cigarras, emplean menos energía tanto en alimentarse como en excretar, por lo que el chorro es energéticamente eficiente y mecánicamente viable”, concluyen los autores. Eso explicaría por qué las cigarras utilizan sus chorros anales contra los intrusos, mientras que las cigarras ninfales recurren a su orina excretada para humedecer el suelo y construir pasillos subterráneos, cámaras y, ocasionalmente, torretas sobre el suelo.

Además de su artículo en PNAS, Bhamla, Challita y un tercer colega, Pankaj Rohilla, publicaron recientemente un preprint en la sección de física de arXiv en el que ofrecen una visión general de la compleja física de fluidos de las eyecciones a varias escalas, desde escarabajos bombarderos y peces arqueros hasta elefantes y ballenas. El análisis abarca tanto los sistemas activos accionados por los músculos como los mecanismos pasivos impulsados por la gravedad o la ósmosis. Su esperanza es que estos hallazgos tengan aplicaciones potenciales en ingeniería para la robótica blanda, la fabricación de aditivos y la administración de medicamentos.

“Nuestra investigación ha esbozado los patrones excretores de los animales, que abarcan ocho órdenes de escala, desde las diminutas cigarras hasta los enormes elefantes”, explica Bhamla. “Hemos identificado las limitaciones y fuerzas fundamentales que dictan estos procesos, ofreciendo una nueva lente a través de la cual entender los principios de la excreción, una función crítica de todos los sistemas vivos. Este trabajo no solo profundiza nuestra comprensión de las funciones biológicas, sino que también allana el camino para unificar los principios subyacentes que rigen los procesos esenciales de la vida”.

Fuente: es.wired.com