在自然界中，有这样一类昆虫，它独特的排尿方法，可以用于火箭上的航天器发射。而这类昆虫，在我们日常生活中随处可见，它就是叶蝉。

小小的叶蝉，体长只有数毫米，日常就栖息在绿色植物枝叶间，因吸食农作物的汁液，被广泛认为是害虫。从达尔文以来，科学家对叶蝉的形态及构造已经研究了一个多世纪。但对其“排尿”方式的研究却从未涉及。

2023年3月，英国《自然·通讯》发表一篇物理学研究论文指出，叶蝉能以液滴超推进的方式排出大量排泄物，每天最多达其自身体重的300倍。研究发现，叶蝉能利用“超级推进”这一机制喷射液滴，形成“叶蝉雨”，作为节约能量的一种策略。这是首次在生物系统中发现“超推进”现象。

叶蝉

“弹尿”是叶蝉生存的技巧

在自然界中，动物的排尿方式千差万别。

在此之前，科学家曾发现，对于哺乳动物、射水鱼和大型昆虫等排泄或排水孔径大于100μm的动物，排尿时会依靠自身的惯性形成射流或大块液体。但对于叶蝉而言，这种方式耗能太多了。

文章的作者Bhamla和同事计算了一下叶蝉一天的能量收支。他们发现，叶蝉为了生存，每天需要大量摄入植物的木质部汁液，这种汁液的营养成分比例很低。要靠这种饮食方式生存下去，叶蝉需要通过自己的方式提取并过滤大量的植物汁液，因此它们每天的排尿量甚至达到了其体重的300倍。

经过计算后，科学家发现叶蝉摄入汁液和摄取营养的过程会消耗大量的能量，而它们排尿只能使用很少的能量——只有这样才不会入不敷出，继续存活。

在实验室中，Bhamla等研究了一种名为Homalodisca vitripennis的叶蝉，并仔细观察了它负责弹射尿液的身体结构。他们发现其在排尿时，尾部的肛门触针相对于正常状态会形成一个夹角，而这个角度的变化能反映它弹射尿液的3个阶段：形成尿滴、加载弹性和喷射尿滴。

用慢镜头看一只叶蝉撒尿，并用它特殊的肛门装置将水珠弹开

值得一提的是，这种叶蝉的尿滴在喷射时，会使用特殊的“肛门触须”附属物来弹射它们的液滴排泄物，并通过调整振动频率，将液滴以0.32m/s的线速度弹出去，飞到远处，以此实现超级推进。相比于射流排尿，叶蝉采用的排泄方式消耗的能量只有射流的1/9～1/5，而采用超级推进弹射尿液的方式，也能更好地节省能量。也就是通过这种方式，叶蝉成功实现了身体能量输入与输出的平衡。

由此看来，叶蝉独一无二的“弹尿”方式，正是其赖以存活的生存技巧。

“弹尿”的工程学意义

叶蝉进化出“超级推进力”效应，堪称自然界的壮举。事实上，这一概念在航空航天领域早有应用。

火箭和航天器的分离用到的“磁推进器”和“电推进器”正是采用了超级推进的方法。物理学家曾发现，相比于一般的发射方式，借助超级推进可以多产生250%的能量，可以更节能的方式将航天器被准确送入预定轨道。

Bhamla说:“这真的很神奇，因为物理学家和工程师已经在实验室里证明了超级推进这一概念，但这种神奇的生物或许在数十万年前就已经应用了这个概念。”

叶蝉“超推进”现象或成工程学灵感

那么了解叶蝉的排尿习惯有什么意义呢？

美国国家科学基金会的项目主任米里亚姆·阿什利·罗斯说：“叶蝉正在处理的事情就像我们试图甩掉粘在我们手上的一个沙滩球大小的枫糖浆球。这些小昆虫为解决这个问题而进化出的高效方法可能会带来生物启发式的解决方案，用于在电子等微观制造应用中去除溶剂，或从结构复杂的表面快速脱落水分。”

该项目的研究人员认为，叶蝉的“弹尿”方式实现了一种节能的超级推进机制，未来或许可以用在合成系统中操纵弹性物体，制造微流体设备、柔软机器人引擎等。

总的来说，叶蝉的这种独特的喷射技术，正是生物有机体的伟大体现。通过它们，我们或许能够获得科学的启迪，更好用于科技创新。