Para peneliti di Georgia Tech telah menemukan bahwa jangkrik, tidak seperti pengumpan getah xilem lainnya, buang air kecil dalam aliran yang kuat, bukan tetesan. Pengamatan ini, yang dilakukan selama penelitian lapangan di Peru, menantang norma-norma yang berlaku tentang buang air kecil serangga dan penggunaan energi.
Meskipun sebagian besar serangga kecil dan mamalia buang air kecil dalam bentuk tetesan, jangkrik buang air kecil dalam bentuk jet. Peneliti Georgia Tech mengatakan temuan ini dapat digunakan untuk menciptakan robot yang lebih baik dan nozel kecil.
Jangkrik adalah soundtrack musim panas, tapi kencing mereka lebih istimewa daripada musik mereka. Alih-alih memercikkan tetesan, mereka mengeluarkan semburan urin dari tubuh kecilnya. Selama bertahun-tahun, peneliti Georgia Tech ingin memahami keunikan jangkrik saat buang air kecil.
Saad Bhamla, asisten profesor di Fakultas Teknik Kimia dan Biokimia, dan kelompok penelitiannya mengharapkan kesempatan untuk mempelajari ekskresi cairan jangkrik. Namun, meskipun jangkrik mudah didengar, mereka bersembunyi di pepohonan sehingga sulit diamati. Oleh karena itu, melihat jangkrik kencing adalah sebuah peristiwa. Tim Bhamla selama ini hanya menyaksikan prosesnya di YouTube.
Kemudian, saat melakukan kerja lapangan di Peru, tim tersebut beruntung: Mereka melihat banyak jangkrik di pohon, sedang kencing.
Momen pengamatan ini cukup untuk menyangkal dua paradigma utama kencing serangga. Pertama, jangkrik memakan getah xilem, dan sebagian besar pengumpan xilem hanya buang air kecil dalam bentuk tetesan karena menggunakan lebih sedikit energi untuk mengeluarkan getahnya. Namun, jangkrik adalah pemakan yang sangat rakus sehingga membuang setiap tetes kencingnya akan terlalu melelahkan dan tidak akan mendapatkan cukup nutrisi dari getahnya.
“Asumsinya adalah jika seekor serangga bertransisi dari pembentukan tetesan menjadi jet, maka akan membutuhkan lebih banyak energi karena serangga tersebut harus menyuntikkan lebih cepat,” kata Elio Challita, mantan Ph.D. mahasiswa di laboratorium Bhamla dan peneliti postdoctoral saat ini di Universitas Harvard.
Kedua, hewan yang lebih kecil diperkirakan akan buang air kecil dalam bentuk tetesan air karena lubangnya terlalu kecil untuk mengeluarkan cairan yang lebih kental. Karena ukuran jangkrik yang lebih besar – dengan lebar sayap yang dapat menyaingi burung kolibri kecil – mereka menggunakan lebih sedikit energi untuk mengeluarkan kencing dalam jet.
“Sebelumnya, dipahami bahwa jika hewan kecil ingin mengeluarkan semburan air, maka hal ini menjadi sedikit menantang, karena hewan tersebut mengeluarkan lebih banyak energi untuk memaksa keluarnya cairan dengan kecepatan lebih tinggi. Hal ini disebabkan oleh tegangan permukaan dan gaya viskos. Tapi hewan yang lebih besar bisa mengandalkan gravitasi dan gaya inersia untuk buang air kecil,” kata Challita.
Kemampuan jangkrik dalam mengalirkan air memberi para peneliti pemahaman baru tentang bagaimana dinamika fluida berdampak pada serangga kecil ini — dan bahkan mamalia besar. Para peneliti menerbitkan tantangan terhadap paradigma ini dalam sebuah laporan singkat, “Menyatukan Ekskresi Fluida dalam Kehidupan dari Jangkrik hingga Gajah,” di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional minggu tanggal 11 Maret.
“Penelitian kami telah memetakan pola ekskresi hewan, yang mencakup delapan skala, mulai dari jangkrik kecil hingga gajah berukuran besar. Karya ini tidak hanya memperdalam pemahaman kita tentang fungsi biologis namun juga membuka jalan untuk menyatukan prinsip-prinsip dasar yang mengatur proses penting kehidupan.”
— Saad Bhamla
Selama bertahun-tahun, kelompok peneliti telah mempelajari ejeksi cairan jenisyang berpuncak pada cetakan arXiv baru-baru ini yang mencirikan fenomena ini mulai dari jamur mikroskopis hingga paus kolosal. Kerangka kerja mereka mengungkapkan beragam fungsi – seperti ekskresi, penyemprotan racun, perburuan mangsa, penyebaran spora, dan pembuangan tanaman – menyoroti potensi penerapan dalam robotika lunak, manufaktur aditif, dan pengiriman obat.
Jangkrik adalah hewan terkecil yang dapat membuat jet berkecepatan tinggi, sehingga berpotensi menginformasikan penerapan pembuatan jet pada robot/nozel kecil. Dan karena populasi mereka mencapai triliunan, dampak ekosistem dari pelepasan cairan mereka sangat besar namun tidak diketahui. Selain rekayasa yang terinspirasi dari biologi, Bhamla yakin makhluk-makhluk ini juga dapat memberikan informasi dalam aplikasi pemantauan biologis.
“Penelitian kami telah memetakan pola ekskresi hewan, mencakup delapan tingkatan mulai dari jangkrik kecil hingga gajah berukuran besar,” katanya. “Kami telah mengidentifikasi kendala dan kekuatan mendasar yang menentukan proses ini, menawarkan sudut pandang baru untuk memahami prinsip ekskresi, yang merupakan fungsi penting dari semua sistem kehidupan. Karya ini tidak hanya memperdalam pemahaman kita tentang fungsi biologis namun juga membuka jalan untuk menyatukan prinsip-prinsip dasar yang mengatur proses penting kehidupan.”
“Biologi dan keanekaragaman berbagai bentuk kehidupan berpotensi mendorong kemajuan di berbagai bidang mulai dari perawatan kesehatan hingga manufaktur dan industri penting lainnya,” kata Miriam Ashley-Ross, direktur program di US National Science Foundation, yang membantu mendanai penelitian ini. “Pekerjaan ini menunjukkan bahwa cara organisme membuang limbah dapat memberikan wawasan baru mengenai dinamika fluida yang memacu inovasi dalam robotika lunak dan cara menangani fluida dalam skala kecil di semua jenis manufaktur. Hal ini juga menunjukkan betapa kita masih harus belajar tentang organisme seperti jangkrik, yang sering diliput dalam berita.”
Referensi: “Menyatukan ekskresi cairan dalam kehidupan mulai dari jangkrik hingga gajah” oleh Elio J. Challita dan M. Saad Bhamla, 11 Maret 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2317878121
Penelitian ini didanai oleh hibah MIRA dari Institut Kesehatan Nasional (R35GM142588) dan hibah dari National Science Foundation (POLS-2310691).
