Рыбы - эффективный фильтр

Золотые рыбки могут подолгу просто плавать туда-сюда с открытым ртом, но то, что происходит внутри этого рта, очень похоже на функционирование высокоэффективного промышленного фильтра, полагают математик Анжела Чир из университета Калифорнии и биолог Лори Сандерсон из колледжа Вильяма и Мэри. Они с помощью компьютерных моделей и наблюдений...

Золотые рыбки могут подолгу просто плавать туда-сюда с открытым ртом, но то, что происходит внутри этого рта, очень похоже на функционирование высокоэффективного промышленного фильтра, полагают математик Анжела Чир из университета Калифорнии и биолог Лори Сандерсон из колледжа Вильяма и Мэри. Они с помощью компьютерных моделей и наблюдений за живыми особями разработали систему представлений о том, как рыбы фильтруют свою пищу – решив тем самым проблему, над которой биологи ломали головы многие десятилетия. Они показали, что рыбы используют фильтрацию поперечного потока - метод, широко используемый в промышленности - для собирания частичек пищи.

Многие виды рыб, включая сельдь, макрель и золотых рыбок, собирают пищу, плавая туда-сюда с открытыми ртами, или набирая большое количество воды в рот. Вода выбрасывается через жаберные щели, расположенные по бокам головы, а частицы пищи, в ней находящиеся, улавливаются и проглатываются. Рыбы практически не проглатывают воду вместе с пищей, потому что каким-то образом вода и пища разделяются. Если заглянуть в рот одной из этих рыб, можно увидеть группу арок с гребнями, которые называются жаберные гребни. Они выглядят как решето, и поэтому долгое время биологи полагали, что эти гребни собирают частицы пищи в то время как вода беспрепятственно проникает сквозь них. Однако такое объяснение вызывало ряд вопросов: почему фильтры не забиваются пищей, как частицы еды попадают с гребней в пищевод, и как рыба может фильтровать частицы размером с бактерию.

Группа Сандерсона использовала оптоволоконные эндоскопы, подобные тем, которые используют кардиологи для исследования заблокированных кровеносных сосудов, чтобы понаблюдать за тем, что на самом деле происходит при питании рыб. Они обнаружили, что еда вообще не касается жаберных гребенок. Они проносятся дальше и собираются в глубине рта. Основываясь на наблюдениях Сандерсона, Чир построила компьютерную модель, которая симулировала прохождение потока воды через рты этих рыб при различных условиях. Выяснилось, что у некоторых видов вода, вместо того, чтобы просто протекать в рот и из него через жаберные щели, под воздействием жаберных дуг образует круговорот, основание которого находится в глубине рта. Частицы пищи затягиваются в этот круговорот, приклеиваются к слизи, находящейся на задней стенке рта и затем проглатываются.

Согласно модели Чир, вода все равно должна проходить через жаберные гребни перед тем, как попасть наружу. Они действуют как фильтры поперечного потока. Этот метод позволяет фильтровать большие объемы жидкости, не вызывая засора фильтров. Смесь жидкости и твердых частиц не проходят через фильтр – а пропускается мимо него, что позволяет отделить жидкость.