Research press release


Nature Communications

Physics: Sharpshooter insects catapult pee droplets to save energy

ヨコバイは、1日に自分の体重の最大300倍に相当する大量の老廃物を排出するために、液滴のスーパープロパルション(superpropulsion)を利用していることを報告する論文が、Nature Communicationsに掲載される。ヨコバイは、この機構を使って液滴を発射して「ヨコバイの雨」を降らせるのだが、これがエネルギーを節約する戦略であることが、今回の研究で得られた知見から示唆されている。


今回、Saad Bhamlaたちは、ヨコバイがスーパープロパルションによって尿の液滴を生成することについて、他の老廃物排出機構(例えば、セミ科昆虫の液滴噴流の生成)よりもエネルギー節約型の戦略になっていることを明らかにした。スーパープロパルションとは、振動している表面に付着した液滴が、その振動面よりも速い速度で上方に推進される現象のことをいう。Bhamlaたちは、ヨコバイが肛門の針状器官と尿の液滴の時間調整をして、両者の振動周波数が同調したところで1滴の尿を発射するという機構になっていることを一連の実験によって実証した。


Sharpshooter insects use droplet superpropulsion to eliminate high volumes of their waste, up to 300 times their own body weight per day, a Nature Communications paper reports. This mechanism allows sharpshooters to catapult droplets, forming ‘leafhopper rain’ as a strategy to conserve energy, the findings suggest.

Millimeter-scale sharpshooter insects have a diet that is 95% water and poor in nutritional components. They eliminate up to 300 times their body weight per day, compared to about 2.5% of body weight per day in humans. To survive on this diet, these insects use large muscles and an efficient digestive system to extract and filter large volumes of plant fluid.

Saad Bhamla and colleagues found that sharpshooter insects form pee droplets through superpropulsion as a strategy to conserve energy compared to other mechanisms of waste disposal, such as producing a jet stream, as seen in Cicadidae. Superpropulsion is a phenomenon where an oscillating surface can propel a drop of liquid upward at a speed higher than that of the oscillating surface. In a series of experiments the authors demonstrate that these insects temporally tune the frequency of their anal stylus to the frequency of their pee droplets as a single-shot mechanism.

The findings may inform insect-inspired engineering designs of energy-efficient self-cleaning structures and soft robotic engines, the authors suggest.

doi: 10.1038/s41467-023-36376-5


メールマガジンリストの「Nature 関連誌今週のハイライト」にチェックをいれていただきますと、毎週各ジャーナルからの最新の「注目のハイライト」をまとめて皆様にお届けいたします。