蝉以数十亿的出现量而闻名。它们群体发出的嘈杂声响，甚至光纤电缆都能捕捉到。然而，它们排尿的方式今年也引起了广泛关注。与其他昆虫和小型生物不同，它们不会像其他昆虫和小型生物那样从屁股上甩出液滴，而是像大型哺乳动物一样，以高速喷射的方式排尿。这种独特的排尿习惯在 3 月 11 日发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS) 的一项研究中有详细介绍。
尽管这些昆虫是吵闹的一群，但在树林中蝉并不总是那么容易被发现。在秘鲁的一次科研考察中，一群科学家幸运地发现了多只正在排尿的蝉。这次遭遇让该团队能够驳斥关于昆虫排尿的两个主要观点。
液滴与喷射
一般来说，昆虫会吸食树木的木质部汁液并以液滴的形式排尿，因为排出汁液消耗的能量较少。然而，蝉的食量很大，如果每次都将液滴甩掉，将消耗过多的能量。为了甩掉尿液液滴而消耗如此多的能量，意味着它们需要摄入更多的树液。
“以喷射的方式排尿使蝉能够产生大量的排泄液，”该研究的合著者、生物工程师/生物物理学家Elio Challita告诉《PopSci》。“这非常重要，因为这些昆虫每天必须摄入大量的木质部汁液。因此，它们也需要排出大量液体。” Challita 在佐治亚理工学院的Bhamla 实验室工作期间完成了这项研究，目前是哈佛大学的博士后研究员。
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节省能量
人们普遍认为，小型动物也应该以这种方式排尿，因为它们的排尿口被认为太小，无法排出比液滴更粘稠的物质。而蝉在昆虫中属于较大的尺寸，其翼展接近某些蜂鸟。对蝉来说，以喷射的方式排尿似乎比甩掉尿液液滴消耗的能量更少。科学家们之前认为，如果像昆虫这样的小型动物想要喷射液体，将会很困难，因为需要能量才能以高速排出液体，而它们的身体又不够大。大型动物可以利用重力和惯性来辅助排尿，从而节省能量。该团队认为，能量节省和蝉较大的体型使它们能够以更像大型动物的方式排尿。
“最大的惊喜是发现蝉竟然能以喷射的方式排尿，尽管它们是小型昆虫，并且由于营养不良的饮食而面临能量限制，”Challita 说。“这与‘小型动物，尤其是一公斤（2.2 磅）以下的动物，无法喷射排尿’的传统观点相悖。”
“预计会有大量排尿”
研究蝉如何排尿，为从昆虫到包括大象在内的各种大型哺乳动物的流体动力学提供了新的认识。根据 Challita 和团队的说法，研究动物排泄液体的各种方式，在软体机器人、增材制造和药物输送系统等领域都有潜在应用。由于蝉现在是已知最小的能够产生高速喷射的动物，它们可以启发如何在小型机器人或喷嘴中制造喷射。
从 4 月开始，美国中西部和南部将有两个蝉群同时出现。伊利诺伊州存在一个小范围的重叠区域，而这两个蝉群每 221 年才会同时出现一次。在“双重出现”之前，目前尚不清楚它们的排尿对生态系统的影响会有多大。但影响可能很大。
“今年会有数十亿只蝉出现，所以预计会有大量排尿！更重要的是，我们还不了解对周围动植物的生态影响，”Challita 说。
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这项研究还强调了研究动物生物学中更普通、日常方面的重要性。
“通过研究这些过程，我们可以揭示迷人的适应性，并深入了解动物如何与它们的环境互动，”Challita 说。“这也提醒我们，即使在最意想不到的地方，比如蝉的排尿，自然界仍有许多东西等待我们去发现！”
