蟬是夏天的配樂，但它們的小??便比它們的音樂更特別。它們不是噴灑水滴，而是從小框架中噴出尿液。多年來，佐治亞理工學院的研究人員一直想了解蟬獨特的排尿方式。

化學與生化工程學院助理教授薩阿德·巴姆拉(Saad Bhamla)和他的研究小組希望有機會研究蟬的液體排泄。然而，雖然蟬聲很容易聽到，但它們隱藏在樹上，很難觀察到。因此，看到蟬撒尿是一個事件。Bhamla 的團隊只在 YouTube 上觀看了整個過程。

然后，在秘魯進行實地考察時，團隊很幸運：他們看到樹上有無數蟬在撒尿。

這一刻的觀察足以反駁兩種主要的昆蟲撒尿范例。首先，蟬吃木質部汁液，而大多數木質部喂食者只以液滴形式撒尿，因為它排泄汁液所需的能量較少。然而，蟬的食量非常大，單獨彈掉每一滴尿會太費力，而且無法從汁液中提取足夠的營養。

“我們的假設是，如果昆蟲從液滴形成轉變為噴射，它將需要更多的能量，因為昆蟲必須噴射更快的速度，”前博士埃利奧·查利塔(Elio Challita)說。Bhamla 實驗室的學生，現任哈佛大學博士后研究員。

其次，較小的動物預計會以液滴形式撒尿，因為它們的孔口太小，無法排出更厚的東西。由于蟬體型較大，翼展可與小型蜂鳥相媲美，因此它們在噴氣式飛機中排尿時消耗的能量更少。

“以前，人們知道，如果小動物想要噴射水流，那么這會變得有點具有挑戰性，因為動物會消耗更多的能量來迫使液體以更高的速度排出。這是由于表面張力和粘性力。但較大的動物可以依靠重力和慣性力來撒尿，”查利塔說。

蟬噴水的能力讓研究人員對流體動力學如何影響這些微小昆蟲甚至大型哺乳動物有了新的認識。研究人員于 3 月 11 日這一周在《國家科學院院刊》上發表了這一對范式的挑戰，題為“統一從蟬到大象的整個生命周期的流體排泄” 。

多年來，該研究小組一直在研究跨物種的流體噴射，最終在最近的 arXiv 預印本中描述了從微小真菌到巨型鯨魚的這種現象。他們的框架揭示了多種功能——例如排泄、毒液噴射、獵物狩獵、孢子傳播和植物內臟——突出了在軟機器人、增材制造和藥物輸送方面的潛在應用。

蟬是制造高速噴氣機的最小動物，因此它們可以為微型機器人/噴嘴制造噴氣機的應用提供潛在的信息。由于它們的數量達到數萬億，它們噴射的液體對生態系統的影響是巨大的，但尚不清楚。除了仿生工程之外，巴姆拉相信這些生物還可以為生物監測應用提供信息。

他說：“我們的研究繪制了動物的排泄模式，涵蓋從微小的蟬到巨大的大象的八個數量級。”“我們已經確定了決定這些過程的基本約束和力量，提供了一個新的視角來理解排泄原理是所有生命系統的關鍵功能。這項工作不僅加深了我們對生物功能的理解，而且為統一管理生命基本過程的基本原理鋪平了道路。