El investigador Saad Bhamla estaba en el patio de su casa cuando vio algo insólito: un insecto orinando. Se trataba de una chicharrita o saltahojas (Cicadellidae) que formó una diminuta y casi perfecta gota redonda en su cola y después la lanzó, casi haciéndola desaparecer. Y no fue el único ‘disparo’: lo estuvo haciendo durante horas. Esta visión intrigó a Bhamla, profesor en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular del Instituto de Tecnología de Georgia, quien tuvo el presentimiento de que lo que vio no era trivial.
Es por ello que Bhamla, junto con Elio Challita, estudiante de bioingeniería en el mismo centro, investigaron esta desconocida práctica, descubriendo que expulsan su orina mediante superpropulsión, una técnica que les posibilita eliminar cantidades de líquido de hasta 300 veces su propio peso corporal al día. Las conclusiones se acaban de publicar en un artículo en la revista ‘Nature Communications’.
“Se sabe poco sobre la dinámica de fluidos de la excreción, a pesar de su impacto en la morfología, la energía y el comportamiento de los animales”, explica el propio Bhamla. “Queríamos ver si este diminuto insecto había desarrollado algún tipo de mecanismo con un determinado fin para orinar de esta manera”.
Pequeño pero poderoso
Los investigadores utilizaron vídeos de alta velocidad y microscopía para observar con precisión lo que sucedía en la cola del insecto. Primero identificaron el papel que desempeña una herramienta biofísica muy importante llamada ‘estilete anal’, que lanza la gota en un movimiento parecido al que hace la mano de un jugador de baloncesto al lanzar a canasta.
Challita y Bhamla observaron que cuando el ‘francotirador’ está listo para orinar, la aguja anal gira desde una posición neutra hacia atrás para dejar espacio mientras el insecto exprime el líquido. Se forma la gota y crece gradualmente a medida que el estilete permanece en el mismo ángulo. Cuando la gota se acerca a su diámetro óptimo, este apéndice se echa hacia atrás unos 15 grados y luego, como las aletas de una máquina de ‘pinball’, lanza la gota a una velocidad increíble, más que la aceleración de un guepardo o que el atleta Usain Bolt. Es más, los autores calcularon que expele la gota diez veces más rápido que los más veloces coches deportivos.
“Nos dimos cuenta de que este insecto había desarrollado un resorte y una palanca como una catapulta y que podía usar esas herramientas para lanzar gotas de orina repetidamente a altas aceleraciones”, señala Challita.
Superpropulsión: como un trampolín
Después, los investigadores compararon la velocidad del ‘estilete anal’ con la de la gota, y encontraron una sorpresa: aunque asumieron que la velocidad sería la misma, los datos revelaron que las gotas iban 1,4 veces más rápido que el movimiento de este apéndice. Entonces, los autores se dieron cuenta de que este fenómeno correspondía con la presencia de superpropulsión, un fenómeno que se había visto en dispositivos artificiales (concretamente en el comportamiento de gotas de agua que eran desprendidas de una masa mayor por la acción de una ‘lengua’ de plástico), y que se asemeja al impulso extra que recibe una persona que salta desde un trampolín siempre que lo hace en el momento correcto. En este caso, descubrieron que este apéndice comprime las gotas, acumulando energía por la tensión superficial, justo antes del lanzamiento.
Sin embargo, aún había una importante pregunta en el aire: ¿por qué expulsar gotas y no un chorro continuo, como otros animales -incluidos otros insectos-? La respuesta parece encontrarse en la dieta. Las chicharritas se alimentan únicamente de savia de xilema, un líquido deficiente en nutrientes que contiene solo agua y una pequeña cantidad de minerales. De este líquido beben hasta 300 veces su peso corporal al día, por lo que están constantemente bebiendo y deben, también constantemente, excretar el agua sobrante (que corresponde al 99% de la composición de la savia).
Otros insectos también se alimentan de esta savia; sin embargo, ellos excretan potentes chorros. Es por ello que analizaron muestras de los saltahojas para ver qué ocurría en su interior gracias a microtomografías computarizadas. Con esa información calcularon la presión requerida por el insecto para empujar el fluido a través de su canal anal y cuánta energía necesita para hacerlo. Los datos revelan que la eyección de gotas les sirve como estrategia para conservar energía en su ciclo de alimentación-excreción. Es decir, por su pequeño tamaño, orinar las gotas les cuesta menos trabajo que orinar un chorro.
Aplicaciones de la micción de las chicharritas
Al combinar biología, física e ingeniería, la investigación tiene implicaciones para varios campos. Comprender el papel de la excreción en el comportamiento, el tamaño y la evolución de los animales puede tener aplicaciones para la ecología y la dinámica de poblaciones. Por ejemplo, los saltahojas son una plaga agrícola importante en California y Florida, ya que propagan enfermedades en viñedos y cultivos de cítricos, causando daños por valor de millones de dólares. Sus excreciones podrían servir potencialmente como una herramienta de vigilancia de vectores, ya que el problema probablemente empeorará con el cambio climático. El análisis del equipo también destaca la importancia de estudiar los procesos de los excrementos, ya que pueden revelar una perspectiva multifacética sobre el comportamiento de un organismo.
Por otro lado, estudiar cómo usan la superpropulsión también puede proporcionar información sobre cómo diseñar sistemas para repeler el agua, como relojes inteligentes que repelen la humedad utilizando las vibraciones del altavoz.
“Este trabajo refuerza la idea de que la ciencia impulsada por la curiosidad es valiosa”, afirma Challita. “Y el hecho de que descubrimos algo tan interesante como la superpropulsión de gotas en un sistema biológico, que además tiene aplicaciones en diferentes campos, lo hace aún más fascinante”.
