セミはより大きな動物のようにジェット気流で排尿する

セミは数十億匹単位で出現することで知られている。この群れは、光ファイバーケーブルでもその音を拾えるほど大きな音で鳴き声をあげる。しかし、今年はセミの排尿方法も話題になっている。他の昆虫や小動物のように尻から弾き飛ばす小さな水滴で排尿する代わりに、セミは大型哺乳類に似た高速ジェットで排尿する。このユニークな排尿習慣は、3月11日に米国科学アカデミー紀要（PNAS）に掲載された研究で詳しく述べられている。

昆虫は騒々しい群れですが、木々の間でセミを見つけるのはそう簡単ではありません。ペルーでの研究旅行中、科学者チームは幸運にも、木々で排尿しているセミを複数発見しました。この出会いから、チームは昆虫の排尿に関する2つの主な考えを反証することができました。

液滴対ジェット

昆虫は一般的に樹木から樹液を食べて、しずく状に尿をします。これは、しずく状に尿を排出する方が、樹液を排出するのにエネルギーをあまり消費しないからです。しかし、セミは大量の樹液を食べるので、しずくを1滴ずつ払い落とすのは負担が大きすぎます。尿のしずくを払い落とすのにこれだけのエネルギーを使うということは、より多くの樹液を食べる必要があることを意味します。

「ジェットで排尿することで、セミは大量の液体を排泄することができます」と、研究の共著者でバイオエンジニア/生物物理学者のエリオ・チャリタ氏はPopSciに語った。「これらの昆虫は毎日かなりの量の木部液を摂取しなければならないので、これは非常に重要です。そのため、大量の排泄物も必要になります。」チャリタ氏はジョージア工科大学のバムラ研究室で働きながらこの研究を完了し、現在はハーバード大学の博士研究員である。

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エネルギーの節約

小型動物もこの方法で排尿しているとみられる。その排尿口は小さすぎて、液滴より濃いものを放出できないと考えられるためだ。セミは昆虫としては大きい方で、翼幅はハチドリに近い。セミにとっては、噴射して排尿する方が、尿の液滴を投げ捨てるよりもエネルギーを消費しないようだ。科学者らはこれまで、昆虫のような小型動物が液体を噴射する場合、液体を高速で押し出すのにエネルギーが必要で、体もそれほど大きくないため、難しいと考えていた。大型動物は、重力と慣性を利用してエネルギーを節約しながら排尿できる。研究チームは、エネルギーの節約とセミの大型化により、大型動物に近い排尿が可能になっていると考えている。

「一番驚いたのは、セミが栄養不足の食事でエネルギーが制限されている小さな昆虫であるにもかかわらず、ジェットで排尿できることを発見したことです」とチャリタ氏は言う。「これは、小動物、特に1キログラム未満の動物はジェットで排尿できないという通説に反しています。」

「おしっこをたくさんすることになるだろう」

セミの排尿方法を研究することで、昆虫からゾウを含む大型哺乳類に至るまで、あらゆる動物の流体力学に関する新たな理解が得られる。チャリタ氏と研究チームによると、動物が液体を排泄するさまざまな方法を研究することは、ソフトロボット、積層造形、薬物送達システムなど、他の分野にも応用できる可能性があるという。セミは現在、高速ジェットを噴射する最小の動物として知られているため、小型ロボットやノズルのジェット噴射方法のヒントになる可能性がある。

4月初旬から、セミの2つの群れが同時に出現する。1つは米国中西部、もう1つは南部だ。イリノイ州には小さな重複地域があり、これらの群れが同時に出現するのは221年に1度だけだ。この「二重出現」を前に、彼らの排尿が生態系にどのような影響を与えるかは現時点では不明だ。しかし、大きな影響を与える可能性はある。

「今年はセミが何十億匹も出現するので、大量の排尿が予想されます。さらに重要なのは、周囲の動植物に対する生態学的影響がまだわかっていないことです」とチャリタ氏は言う。

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この研究はまた、動物生物学のより平凡で日常的な側面のいくつかを研究することがなぜ重要であるかを浮き彫りにしている。

「これらのプロセスを調査することで、興味深い適応を発見し、動物が環境とどのように相互作用するかについての洞察を得ることができます」とチャリタ氏は言います。「また、セミの尿のように最も予想外の場所でさえ、自然界についてまだ発見すべきことがたくさんあることを思い出させてくれます！」