Los insectos Sharpshooter usan ‘superpropulsión’ para catapultar su orina

Pocas amenazas son más dañinas para un viñedo o un huerto de cítricos que una plaga de francotiradores. Los insectos de media pulgada de largo son plagas agrícolas destructivas debido a su sed insaciable y hábitos de baño salpicados: cuando la naturaleza los llama, estos insectos lanzan gotas de su orina acuosa y crean charcos de desechos que causan enfermedades.

Debido a que su dieta es principalmente agua, los francotiradores deben orinar constantemente, lo que provoca una lluvia de gotas conocida como “lluvia de saltahojas”. La eliminación de todo este líquido (eliminan hasta 300 veces su peso corporal en desechos cada día) debería agotar la energía de los diminutos insectos. Pero no es así. En un estudio publicado el martes en comunicaciones de la naturaleza, un equipo de investigadores descubrió que los francotiradores son los primeros organismos conocidos por utilizar la llamada superpropulsiónun fenómeno físico que les ayuda a conservar energía mientras lanzan gotas de orina a velocidades extremadamente altas.

Francotiradores de alas cristalinas (Homalodisca vitripennis) son insectos robustos que lucen ojos saltones amarillos y alas transparentes veteadas de rojo. Usan su boca parecida a una pajilla para extraer agua y minerales del xilema de las plantas, el sistema de tubos que transporta ambas sustancias desde las raíces a través de los tejidos en crecimiento. La savia del xilema es un brebaje pobre en nutrientes: tiene un 95 % de agua, un contenido de agua similar al del apio. Como resultado, los francotiradores deben succionar continuamente más líquido para acumular suficientes calorías. Y el líquido que entra debe salir.

El ingeniero biomolecular del Instituto de Tecnología de Georgia Saad Bhamla y su Ph.D. El estudiante Elio Challita quedó intrigado después de observar a los francotiradores orinar en los respectivos patios traseros de los investigadores en Atlanta. “Nunca te detienes a pensar en cómo orinan los insectos”, dice Challita. “Lo inusual de los francotiradores es que orinan una gota a la vez”.

A diferencia de sus parientes, las cigarras, que consumen mucho xilema, los francotiradores no rocían sus desechos en un arroyo. Esto se debe a su diminuto tamaño. Los insectos del tamaño de una chincheta, que gastan la mayor parte de su energía aspirando el líquido del xilema, carecen de la energía necesaria para producir un flujo, lo que los obliga a orinar de una manera más creativa. Como una bomba que infla globos, los francotiradores forman gotas individuales de orina en una estructura flexible en su parte trasera llamada lápiz óptico anal. A medida que el lápiz óptico de un francotirador gira a lo largo de una bisagra, arroja las gotas para mantener limpio el lugar donde bebe el insecto y, potencialmente, para ayudarlo a evitar la detección por parte de los depredadores que pueden sentirse atraídos por el olor de la orina.

Para analizar el extraño comportamiento en el baño de los francotiradores, Bhamla y Challita utilizaron imágenes de alta velocidad para capturar imágenes de cinco de los insectos lanzando gotas de orina y tomaron micro tomografías computarizadas de su lápiz óptico. Como una catapulta, el lápiz óptico está equipado con resortes y pestillos y puede acelerar más de 40 veces más rápido que un guepardo corriendo.

Al principio, los investigadores se sorprendieron al descubrir que esas gotas en realidad se mueven a velocidades que son aproximadamente un 40 por ciento más rápidas que el lápiz óptico que las lanza. Según Bhamla, si un lanzador lanza una pelota de béisbol a 100 millas por hora, su mano también debe moverse a esa velocidad durante el movimiento de lanzamiento.

Pero a diferencia de las pelotas de béisbol, las gotas de líquido son flexibles. Antes de ser arrojadas, las gotas se comprimen y almacenan energía en tensión superficial. Cuando las gotas comprimidas salen volando, esa energía almacenada se libera. Bhamla dice que cuando el movimiento del lápiz óptico se sincroniza con la compresión de las gotas de orina, el lanzamiento acelerado recuerda a un saltador olímpico sincronizando perfectamente su salto desde un trampolín.

El fenómeno, en el que una superficie oscilante, como el lápiz óptico de un francotirador, lanza una gota de líquido a mayor velocidad, es la superpropulsión. Ayuda a los francotiradores a conservar energía mientras arrojan eficientemente gota tras gota. Los investigadores han descubierto que las catapultas que lanzan gotas pueden utilizar la superpropulsión para crear 250 por ciento más de energía que cuando disparan objetos rígidos, haciendo del fenómeno un método intrigante para conservar energía en motores de propulsión como los de los cohetes.

Según los investigadores, esta es la primera vez que se observa la superpropulsión en un sistema biológico. “Es sorprendente porque los físicos e ingenieros han demostrado la idea de la superpropulsión en el laboratorio, pero este asombroso organismo tuvo la idea cientos de miles, si no millones, de años antes que nosotros”, dice Bhamla.

Si bien los francotiradores son los únicos insectos conocidos que aprovechan la superpropulsión, muchas criaturas diminutas tienen mecanismos para movimientos ultrarrápidos, según Aimy Wissa, ingeniera mecánica de la Universidad de Princeton, que estudia cómo clic escarabajos se lanzan en el aire sin usar sus patas. “Hay una gran variedad de organismos que usan pestillos y resortes, incluidas cosas como las pulgas”, dice Wissa, que no participó en la nueva investigación. “La naturaleza ha desarrollado estos mecanismos para eludir algunas de las limitaciones de los músculos o las restricciones de volumen porque algunos de estos insectos son muy pequeños”.

La práctica de arrojar desechos corporales se ha visto en otras partes del reino animal: varias otras especies han sido descritas como “parpadeo trasero” y “lanzadores de mierda”. Un ejemplo es la oruga patrón, que puede disparar gránulos sólidos de sus desechos, conocidos como excremento, a una distancia de hasta 38 veces la longitud de su cuerpo para mantener alejados a los depredadores.

La afición de los francotiradores por arrojar líquidos de manera eficiente también puede convertirlos en los favoritos de la ingeniería en el mundo humano. Bhamla y Challita dicen que métodos similares de superpropulsión algún día podrían ayudar a dispositivos portátiles como los relojes inteligentes a eliminar la humedad o evitar que las gotas empañen los anteojos. Y todo se debe a la perpetua necesidad de orinar de los francotiradores.