A Manta Rays a korábban soha nem látott módon szűri a vizet

(Inside Science) - Az óceánokon átsuhanó mantasugarak olyan szűrők segítségével ragadhatják meg a zsákmányt, amelyek az ételt taszítják, nem pedig elzárják. Ez az új alapú mechanizmus, a korábban ismert szűrési technikákkal ellentétben, új módszerekhez vezethet a mikroszkopikus szennyező anyagok vízének tisztításához, amelyek kockázatot jelentenek az emberekre és a környezetre egyaránt.

A manták a világ legnagyobb sugarai - az egyik rögzített példány szárnyfesztávolsága 9,1 méter (csaknem 30 láb). Mérete ellenére a manták ártalmatlanok az emberre, helyette plankton és mikroszkópos rákfélék táplálkoznak a nyílt vizeken. Tátott szájjal úsznak, ételt fognak, miközben a tengervizet egyidejűleg kidobják kopoltyújukból.

Sok más állat, például az osztriga és a púpos bálna, úgy táplálkozik, hogy az ételt kiszűri a vízből. Az osztrigák kopoltyúik ragacsos nyálka támaszkodnak az ételre, míg a púpos bálnák lenyelik a halhalmazokat, majd a baleen néven ismert állkapocsszerkezetek segítségével szitálják ki a tengervizet.

Korábbi kutatások szerint a manták is szitálják az ételeiket, kopoltatógépként ismert szerkezetek felhasználásával. Amikor azonban a tanulmány társszerzője, Misty Paig-Tran, a fullertoni Kaliforniai Állami Egyetem tengerbiológusa és biomechanikusa nézte a mantákat, azt találta, hogy csak néhány percenként csukják be a szájukat, és lenyelik őket, és úgy tűnik, nincs módjuk arra, hogy tisztítsa meg kopoltatójukat az ételtől. "Ami, legalábbis számomra, nem tűnt szitálásnak, mivel számíthat arra, hogy a szűrő nagyon gyorsan eltömődik" - mondta a nő.

Annak elemzése, hogy az élő manták mennyire bonyolultak, mert "a manták valóban gyorsan úszó állatok, és nehéz a szájukban filmezni" - mondta Paig-Tran. Ehelyett kollégáival az óriás óceáni manta sugár (Manta birostris) szűrőberendezésének 3D-nyomtatott modelljeivel kísérleteztek, amelyeket a múzeumi gyűjteményekből kölcsönzött minták alapján építettek.

A tudósok kék festékkel és sós sós garnélarák tojásokkal töltött tartályokba helyezték a modelleket, amelyek olyan sebességgel áramoltak, hogy a kutatók becslése szerint a manta sugar kopoltyúkosok a halak úszási sebessége és anatómiai jellemzői alapján találkoznak. Ezután videokamerákat és számítási folyadékdinamikai szoftvert használtak a festék és a tojások mozgásának megfigyelésére.

A mantasugarak kopoltyúkoserei hosszú, párhuzamos, levélszerű szűrőlebenyekből állnak. "A manta szűrő anatómiája nem olyan, mint amit valaha láttam" - mondta Paig-Tran.

A tudósok megállapították, hogy amint a víz átfolyik ezeken a szűrőréseken, nagy örvények jelentek meg a lebeny pórusain belül. A sós sós garnélarák tojásai utánozva a vízben szuszpendált plankton viselkedését, majd lényegében "rikošettként" távolodva a szűrőberendezéstől, visszariadva a manta sugár torok helye felé.

"Bár a szűréssel etetett halak a világ halfogásainak körülbelül 25 százalékát teszik ki, nagyon keveset tudunk arról, hogy ezek a halak hogyan szerzik be a saját táplálékukat" - mondta Laurie Sanderson biológus a virginiai Williamsburg-i William & Mary Főiskolán, aki nem vett részt ebben a tanulmányban. "A manta sugarak szájának" fekete dobozának "felfedezéséhez ez a kutatás több, a legkorszerűbb technikát alkalmazott."

Ez az új mechanizmus, amelyet rikošett-elválasztásnak neveznek, nem hasonlít semmilyen korábban leírt szűrőrendszerre. "Ez nagyszerű példa arra, hogy az állatok teljesítményét meglepő újításokkal csiszolják, kihasználva a fizikai elveket olyan módon, amelyet a mérnökök még nem is fejlesztettek ki" - mondta Jeff Shimeta tengerökológus az ausztráliai Melbourne-i Műszaki Intézetben, aki nem vegyenek részt ebben a kutatásban.

A kutatók szerint annak a ténynek, hogy a rikošett-szétválasztás nem dugul el, komoly ipari felhasználása lehet. A szűrési technológiák, a sok légkondicionáló hálószűrőjétől a sok csaptelephez rögzített vízszűrőkig, általában ragacsos elemekre vagy szitákra támaszkodnak, de gyakran eltömődnek, így költséges és időigényes a tisztítás.

"A mantas szűrési mechanizmusa izgalmas, mert a részecskék visszapattannak a szűrőről, így a szűrő tiszta marad és magas áramlási sebességet tart fenn" - mondta James Strother, a tanulmány társszerzője, a Corvallis Oregoni Állami Egyetem elméleti biológusa.

A tudósok jelenleg azt vizsgálják, hogy a rikošett-elválasztás mikroszkopikus műanyagdarabokat tud-e kivonni a szennyvízből. Amikor az ilyen "mikroműanyagok" bekerülnek az élelmiszerláncba, potenciálisan károsak lehetnek mind a vadon élő állatokra, mind az emberekre. "A mikroműanyagok kiszűrése komoly mérnöki kihívás, és a manta sugaras szűrőknél tapasztalt magas áramlási sebesség és dugulásállóság valóban előnyös lehet" - mondta Strother.

Ezenkívül ezek a megállapítások segíthetnek megőrizni a mantákat és hozzátartozóikat a mobulákat. "Annak ismerete, hogy egy állat mit eszik, segít megvédeni azokat a területeket, ahol valószínűleg táplálkozni fognak" - mondta Paig-Tran.

További tanulmányok feltárhatják, hogy a manta sugár szűrési mechanizmusa szerepet játszik-e annak meghatározásában, hogy milyen zsákmányt fognak el - magyarázta Shimeta. "Ezek a megállapítások azt is sugallják, hogy más halfajok kopoltyúkosait alaposabban meg kell vizsgálni a meglepő szűrési mechanizmusok szempontjából."

Mindent összevetve ezek a megállapítások azt hangsúlyozzák, hogy "az alapkutatás finanszírozása fontos. Tizenegy évvel ezelőtt, amikor elkezdtem ezt a kutatást, nem tudtam volna megjósolni, hogy ez új, nem eltömődő szűrőhöz vezet" - mondta Paig-Tran. "Soha nem lehet tudni, hogy a természet megfigyelései mikor válnak az emberek számára használható alkalmazássá."

A jövőben a tudósok azt is remélik, hogy a ricochet-szétválasztás valós manta keretében valósul meg. - Hidd el, megpróbáltam - mondta Paig-Tran. "Azt hiszem, kitaláltam egy jó módszert arra, hogy ezeket az adatokat élő manta formájában megszerezzem anélkül, hogy zaklatnám őket, így remélhetőleg ez meg is fog történni."

Paig-Tran és Strother, Raj Divi, a tanulmány vezető szerzőjével együtt, a Science Advances folyóiratban, szeptember 26-án online részletezték eredményeiket.