La « catapulte anale » de la cicadelle pisseuse défie les lois de la physique

De récentes observations ont permis de percer les secrets de l’étrange mécanisme utilisé par les « cicadelles pisseuses » pour expulser rapidement de grandes quantités d’urine en dépensant un minimum d’énergie.

Percer les secrets de la « cicadelle pisseuse »

Ne mesurant que quelques millimètres de long, les représentants de l’espèce Homalodisca vitripennis se nourrissent de la sève contenue dans les tubes de xylème des plantes. Composée à 95 % d’eau et à 5 % de minéraux et d’autres nutriments, celle-ci se révèle notoirement difficile à extraire pour les insectes, ce qui se traduit par une importante dépense énergétique pour un apport nutritif très faible.

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Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature Communications, Saad Bhamla et ses collègues de l’université de Géorgie se sont penchés sur le mécanisme permettant à ces minuscules créatures de libérer quotidiennement, sous la forme de gouttelettes, un volume d’urine représentant jusqu’à 300 fois leurs poids corporel.

Pour ce faire, l’équipe a filmé à l’aide de caméras à haute fréquence 22 éjections d’urine produites par cinq spécimens. L’examen des images a révélé le mouvement d’un appendice pointu et velu, appelé stylet anal, s’ouvrant pendant environ 80 millisecondes pour permettre la formation d’une gouttelette, puis la projetant à haute vitesse (une accélération de plus de 40 G a été mesurée), à la manière d’une catapulte ou d’une palette de flipper.

De façon surprenante, il s’est avéré que la gouttelette se déplaçait plus rapidement que la surface mobile responsable de son éjection. Un phénomène connu sous le nom de « superpropulsion » encore jamais observé chez un organisme vivant. L’utilisation de la modélisation physique et mathématique a permis de déterminer que l’efficacité du mécanisme reposait sur un timing millimétré.

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Une dépense énergétique minimale

« Comme les gouttelettes sont souples et déformables, elles peuvent emmagasiner de l’énergie, qui contribue à leur accélération lorsqu’elles sont propulsées dans l’air », détaille Bhamla. « En conséquence, on estime que ces cicadelles dépensent entre quatre et huit fois moins d’énergie pour éliminer l’urine que si elles produisaient des jets. Nos modèles suggèrent tous qu’il s’agit de l’une des voies les plus efficaces sur le plan énergétique pour évacuer les gouttelettes. »

Selon le chercheur, les animaux plus grands et les humains n’ont pas besoin d’un système de miction aussi économe en énergie car, par rapport à leur apport énergétique, leur force musculaire et leur débit urinaire, le coût énergétique de la production des jets s’avère négligeable.

De telles découvertes pourraient inspirer la conception de systèmes autonettoyants à haut rendement énergétique pour les appareils électroniques intelligents, de désembuage pour les lunettes ou de propulsion pour la robotique molle.

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