Механизм питания скатов-мант может стать ключом к лучшим системам фильтрации

Новое исследование Университета штата Орегон показывает, что скаты-манты фильтруют крошечную пищу из заглатываемой морской воды новым способом, который может стать ключом к улучшению фильтрации в различных коммерческих приложениях.

Опубликованные сегодня в Science Advances результаты объясняют, что манты фильтруют зоопланктон, мезопланктон и микторакообразных с помощью аппарата, отличного от всего ранее виденного в биологических или промышленных системах.

«Самый распространенный тип фильтра — ситовой, когда жидкость, содержащая частицы, пропускается через мембрану с порами меньше, чем частицы», — сказал соавтор исследования Джим Стротер, доцент интегративной биологии в Колледже науки OSU.

К ситовым фильтрам относится всё: от кухонного дуршлага для макарон до мембранных фильтров, производящих сверхчистую воду. Другие механизмы фильтрации — это гидрозольная фильтрация (например, волоконные фильтры в системах HVAC) и циклонная фильтрация, используемая в пылесосах без мешка.

«В мире используется множество различных типов фильтров для разных целей, но все они основаны всего на нескольких фундаментальных механизмах», — сказал Стротер, сотрудничавший с ведущим автором Мисти Пейг-Тран и Раджем Диви из Cal State Fullerton.

Скаты-манты, близкие родственники акул, которые могут достигать более 20 футов в ширину, питаются, втягивая богатую планктоном воду в рот во время плавания. Они фильтруют и проглатывают планктон, а затем выпускают оставшуюся воду через жаберные щели.

Многие системы фильтрации склонны к засорению по мере накопления отфильтрованного материала, но манты используют ряды листовидных лопастей, чтобы отбрасывать частицы пищи от фильтра.

Вода, проходящая над лопастями, создает сложный рисунок завихрений, и частицы пищи в потоке ударяются о лопасти и отскакивают. Такая конструкция позволяет рыбе удерживать пищевые организмы, гораздо меньшие, чем поры фильтра.

«Похоже, скаты-манты используют новый механизм для фильтрации частиц из жидкостей, — сказал Стротер. — Их фильтрующий аппарат имеет особую структуру, которая заставляет частицы планктона рикошетировать от фильтра и концентрироваться в ротовой полости, чтобы рыба могла затем их проглотить». Поскольку частицы отталкиваются фильтром, но не захватываются им, фильтр обладает несколькими очень желательными свойствами, включая возможность работы при высоких скоростях потока и чрезвычайную устойчивость к засорению.

«Эта статья устанавливает базовый механизм, и сейчас мы изучаем, можем ли мы адаптировать этот механизм для инженерных систем, — сказал Стротер. — Например, одно из будущих направлений — исследование возможности применения этого подхода для очистки сточных вод с целью решения возникающей угрозы загрязнения микропластиком».