蝠鲼過濾海水有妙招

海水中有浮游動(dòng)物和浮游植物，通稱為“浮游生物”。浮游生物在水中載浮載沉，有些動(dòng)物就以過濾的方式取用浮游生物，這種覓食方式稱為“濾食”。以濾食為生的海洋動(dòng)物真是洋洋大觀，體型有大有小，包括構(gòu)造簡單的海綿、苔蘚蟲，到餐桌上的蛤蜊，還有世界上最龐大的動(dòng)物—藍(lán)鯨，都是濾食性的動(dòng)物。俗稱“魔鬼魚”的鲼鲼，也是濾食家族的成員，還會(huì)以翻觔斗的方式進(jìn)食，一直是潛水客的最愛。

濾食功夫有學(xué)問

其實(shí)，人類也將“過濾”運(yùn)用工業(yè)，可分為“直接過濾”“橫流過濾”“水懸膠過濾”以及“渦旋過濾”。“直接過濾”最直接，就是水流垂直通過濾膜?！皺M流過濾”的水流則以平行方向流經(jīng)濾膜。“水懸膠過濾”則是不少海洋動(dòng)物采用的方式，這些動(dòng)物會(huì)制造黏液，就算是小于濾膜孔洞的顆粒也不會(huì)放過?！皽u旋過濾”藉著高速渦流，把顆粒集中到濾膜周邊，因此能夠防止阻塞，且顆粒的密度必須大于流體的密度。

蝠鲼張口吸入海水，用魚鰓當(dāng)濾膜過濾海水，濾出的浮游生物會(huì)集中起來進(jìn)入食道。根據(jù)以往文獻(xiàn)，蝠鲼的濾食方式不屬于四種中的前三種，且覓食的浮游生物的密度與海水相同，因此也不屬于第四種，這到底是怎么回事呢？

跨學(xué)科的技術(shù)來解謎

2018年，有三位美國海洋科研者為了看清楚水流和魚鰓之間的交互關(guān)系，于是利用3D打印的方式，復(fù)制出雙吻前口蝠鲼的魚鰓，并且把魚鰓復(fù)制品放進(jìn)兩端都能讓水流動(dòng)的水槽，并且根據(jù)蝠鲼游泳的速度、連續(xù)性方程加上解剖資料來重建流速，以模擬口腔的環(huán)境。為了讓實(shí)驗(yàn)更貼近自然情境，他們用密度和海水相當(dāng)?shù)呢S年蝦卵當(dāng)顆粒，且豐年蝦卵比魚鰓的細(xì)縫要小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分的豐年蝦卵都沒有穿透復(fù)制魚鰓，也沒有發(fā)現(xiàn)阻塞的現(xiàn)象，蝦卵似乎從復(fù)制魚鰓的邊緣“滑行”過去了。

以上都是目測的現(xiàn)象，如何將食物顆粒流動(dòng)的路徑呈現(xiàn)出來呢？三位科研者采用“計(jì)算流體力學(xué)”（CFD），描繪出食物顆粒經(jīng)過魚鰓的路徑：原來顆粒經(jīng)過魚鰓的瞬間，會(huì)出現(xiàn)“跳彈”的動(dòng)作，不但不會(huì)通過細(xì)縫，還會(huì)向外彈出回到水流，最后眾多顆粒會(huì)集中起來進(jìn)入食道。那么要是魚鰓細(xì)縫的寬度變大呢？因?yàn)橄噍^之下，褐背蝠鲼的魚鰓細(xì)縫寬度，是雙吻前口蝠鲼的5倍，為此作者利用褐背蝠鲼的魚鰓來示范。這次作者采用了“微米級計(jì)算機(jī)斷層”的技術(shù)，紀(jì)錄了食物顆粒經(jīng)過魚鰓的路徑，也發(fā)現(xiàn)相同的結(jié)果，食物顆粒依舊出現(xiàn)彈跳的路徑，可見就算魚鰓細(xì)縫變寬，依舊能將食物顆粒一網(wǎng)打盡！

蝠鲼濾食的啟示

本研究的三位作者指出：兩種蝠鲼的濾食方式均能防止食物顆粒阻塞魚鰓，因此不需要閉起嘴巴排除阻塞，可以不停地進(jìn)食；另一方面，極小的顆粒也不會(huì)穿透魚鰓，和大顆粒一起吞下食道，可以說是“大小通吃”。這種覓食方式非常節(jié)省能量，就算在食物較少的水域，蝠鲼照樣能夠存活。