манта

(Вътре в науката) - Манта лъчите, извисяващи се през океаните, могат да улавят плячката с помощта на филтри, които отблъскват храната, вместо да я уловят. Този новооткрит механизъм, за разлика от всяка известна по-рано техника на филтриране, може да доведе до нови начини за почистване на водата от микроскопични замърсители, които представляват риск както за хората, така и за околната среда.

Мантите са най-големите лъчи в света - един записан екземпляр е с размах на крилата 9,1 метра (почти 30 фута). Въпреки размерите си, мантите са безвредни за хората, вместо това се хранят с планктон и микроскопични ракообразни в открити води. Те плуват с отворени уста, улавяйки храна, като същевременно изхвърлят морската вода от хрилните си прорези.

Много други животни, като стриди и гърбави китове, се хранят, като филтрират храната извън водата. Стридите разчитат на лепкавата слуз на хрилете, за да се хвърлят върху храната, докато гърбавите китове поглъщат клъстери риби и след това използват челюстни структури, известни като бален, за да пресеят морската вода.

Предишни изследвания предполагат, че мантите също пресяват храната си, като използват структури, известни като хрилни гребла. Въпреки това, когато съавторът на изследването Мисти Пейг-Тран, морски биолог и биомеханист от Калифорнийския държавен университет във Фулъртън, наблюдава как се хранят манта, тя открива, че те само си затварят устата и преглъщат на всеки няколко минути и изглежда няма начин да изчистете хрилните си грабежи от храна. "Което, поне на мен, не ми се струваше пресяване, тъй като бихте очаквали филтъра да се запуши наистина бързо", каза тя.

Анализирайки как живите манти се хранят е сложно, защото „мантите са наистина бързо плуващи животни и е трудно да се снимат в устата им“, каза Пайг-Тран. Вместо това тя и нейните колеги експериментираха с 3D отпечатани модели на филтриращия апарат на гигантския океански манта (Manta birostris), които те изградиха въз основа на образци, заимствани от музейни колекции.

Учените поставят своите модели в резервоари, пълни със сини багрилни и саламурени яйца от скариди, които текат със скорости, които изследователите са изчислили, че манга лъчички ще срещнат въз основа на скоростта на плуване и анатомичните характеристики на рибите. След това използвали видеокамери и изчислителен софтуер за динамична течност, за да следят как се движат багрилото и яйцата.

Хрилните гребла на манта лъчите са изградени от дълги паралелни редици от подобни на листа филтърни лобове. „Анатомията на манта филтър е различна от никоя, която съм виждал досега“, каза Пейг-Тран.

Учените установили, че докато водата тече през тези филтърни лобове, в порите на лобовете се появяват големи вихри. Яйцата от скариди от саламура, имитиращи поведението на всеки планктон, суспендиран във водата, след това по същество се "рикошират" далеч от филтърния апарат, отстъпвайки към мястото, където се намира гърлото на манта.

„Въпреки че рибите, хранени с филтри, са приблизително 25 процента от световния улов на риба, ние знаем много малко за това как тези риби получават собствена храна“, каза биологът Лори Сандерсън от колежа на Уилям и Мери във Уилямсбърг, Вирджиния, който не участва в това проучване. „За да се изследва„ черната кутия “на устата на манта, това изследване е приложило множество техники, които са най-модерни.“

Този нов механизъм, наречен разделяне на рикошет, не прилича на нито една описана по-рано система за филтриране. "Това е чудесен пример за еволюция, усъвършенстваща представянето на животните с изненадващи иновации, като се възползва от физическите принципи по начини, които инженерите все още не са разработили," каза морският еколог Джеф Шимета от Кралския технологичен институт в Мелбърн в Австралия, който не вземете участие в това изследване.

Фактът, че разделянето на рикошети не се запушва, може да има големи промишлени приложения, казват изследователите. Технологиите за филтриране, от мрежестия филтър в много климатици до водните филтри, прикрепени към много кранове, обикновено разчитат или на лепкави елементи, или на сита, но често се запушват, което ги прави скъпи и отнема много време за почистване.

„Механизмът на филтриране в mantas е вълнуващ, тъй като частиците отскачат от филтъра, така че филтърът остава чист и поддържа високи скорости на потока“, каза съавторът на изследването Джеймс Стротер, теоретичен биолог от държавния университет в Орегон в Корвалис.

В момента учените проучват дали отделянето на рикошет може да извлече микроскопични парчета пластмаса от отпадъчните води. Когато такива "микропластмаси" навлязат в хранителната верига, те могат да бъдат потенциално вредни както за дивата природа, така и за хората. "Филтрирането на микропластмасите е голямо инженерно предизвикателство и високите скорости на потока и устойчивостта на запушване, които наблюдаваме в манта лъчевите филтри, може да са наистина изгодни", каза Strother.

Освен това тези открития могат да помогнат за опазването на мантата и техните роднини мобулите. "Знанието с какво се храни едно животно ни помага да защитим зоните, където вероятно ще се хранят", каза Пайг-Тран.

По-нататъшни проучвания могат да разкрият дали механизмът за филтриране на лъча на манта играе роля при определянето на плячката, която те улавят, обясни Шимета. "Тези открития също така предполагат, че хрилни грабежи на други видове риби трябва да бъдат изследвани по-внимателно за изненадващи механизми за филтриране."

Като цяло тези открития подчертават, че "финансирането на основните изследвания е важно. Преди единадесет години, когато започнах това изследване, не можех да предвидя, че това ще доведе до нов филтър, който не запушва", каза Пайг-Тран. "Просто никога не се знае кога наблюденията на природата ще се превърнат в използваемо приложение за хората."

В бъдеще учените също се надяват да видят разделянето на рикошети в реални манти. "Повярвайте ми, опитах се", каза Пейг Тран. "Мисля, че съм измислил добър начин да получа тези данни в манта на живо, без да ги тормозя, така че се надяваме, че това ще се случи."

Paig-Tran и Strother, заедно с водещия автор на изследването Raj Divi, подробно разкриват своите открития онлайн на 26 септември в списанието Science Advances.