Wielkie pływające filtry

Każdy z nas w taki lub inny sposób ma do czynienia z filtrami i zna jedną podstawową ich słabość: mają tendencje do zapychania się. W rozwiązaniach technicznych jednym ze stosowanych sposobów jest banalna, choć nierzadko kosztowna wymiana filtra, jednak ten koszt wydaje się nie do zaakceptowania w budowie i funkcjonowaniu organizmów żywych, które na filtracji opierają swoją dietę lub zdrowie. Inny sposób to konsekwentne czyszczenie filtrów przez specjalne konstrukcje lub substancje. Mechaniczne czyszczaki funkcjonują w oczyszczalniach ścieków i w paszczach wielorybów, gdzie ogromne jęzory zgarniają plankton z fiszbinów. Specjalne substancje usuwają zanieczyszczenia z filtrów fabryk chemicznych i kominów przemysłowych, a filtry DPF w silnikach diesla dostają co jakiś czas ognia, by sadza wypaliła się do cna. U małży czy w naszych drogach oddechowych funkcję tę pełni śluz, który łączy się z drobinami i przepływa w pożądanym kierunku. Te dwa generalne systemy oczyszczania filtrów do niedawna stanowiły całą znaną nauce pulę możliwości. Ale znalazł się ktoś, kto zadał pytanie: jak robią to jedne z większych ryb; rekiny wielorybie, rekiny koszykowe i manty. Grupa naukowców z uniwersytetów stanowych w Kalifornii i Oregonie przyjrzała się bacznie mantom.  Te ogromne ryby osiągające 9 metrów rozpiętości „skrzydeł” żywią się organizmami planktonowymi o rozmiarach od 50 do ponad 500µm i chociaż od lat fascynują badaczy, nikt dotąd nie rozwiązał zagadki w jaki sposób woda po drodze z paszczy do skrzeli oddaje pożywny ładunek do przełyku tych łagodnych istot. Wiadomo od dawna, że połączenie jamy gębowej ze skrzelami stanowią zmodyfikowane grzebienie skrzelowe zbudowane ze sprężystych liściopodobnych listewek niczym lekko uchylone żaluzje. Nikt jednak nie miał pomysłu jak to się dziele, że przestrzenie między tymi lamelkami nie zapychają się. Niestety, dokładne obserwacje tego co dzieje się w paszczach mant podczas posiłku są z przyczyn technicznych bardzo utrudnione.

manty filtry
Zdjęcie pochodzi z opisywanej publikacji w Science Advances. A: rozdziawiona paszcza manty, B: zbliżenie na lamelki i schemat ich ułożenia. C – F modele lamelek w układzie eksperymentalnym; na niebiesko zabarwiono wodę, a czerwone linie obrazują drogę i prędkość drobin symulujących plankton.

Amerykańscy naukowcy postawili hipotezę, że kluczowym zjawiskiem w tym przypadku jest dynamika płynu. Przeprowadzili dokładne pomiary tych struktur korzystając z muzealnych zbiorów i przetestowali ich modele w komorach przepływowych. Lamelki, zarówno te ustawione „pod prąd” i pracujące jak skrzydło, jak i ustawione „z prądem” spoilery okazały się być ułożone w taki sposób, że ich brzegi generowały przepływ wody gwarantujący oddzielenie cząsteczek stałych, pozostawiając je w pułapce paszczy, podczas gdy oczyszczona woda przepływa do skrzeli. Efektywność tego systemu jest zależna od prędkości przepływu wody, więc manty muszą dostosowywać prędkość do apetytu. A gdy już się najedzą, wykonują spektakularne skoki nad wodę.

Polecam dwuminutowy urywek filmu BBC

Przeczuwam, że niejeden inżynier będzie teraz kombinował jak zaaplikować ten wynalazek ewolucji do pracy na rzecz cywilizacji.

Tomasz Kijewski

Zdjęcie w nagłówku pochodzi z domeny publicznej.

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

Divi R.V. i inni: Manta rays feed using ricochet separation, a novel nonclogging filtration mechanism. Science Advances  26 Sep 2018

Lustereczko powiedz przecie

Orędownicy ludzkiej supremacji w świecie zwierząt tracą terytoria od kilku dziesięcioleci. Co rusz zdarzają się doniesienia ujawniające zachowania narzędziowe lub inne przejawy świadomości i inteligencji w świecie zwierząt. Jedną z takich umiejętności, dostępnych ludzkim dzieciom od drugiego roku życia, Naczelnym, Waleniom,  niektórym innym ssakom oraz ptakom, jest rozpoznawanie swojego odbicia w lustrze. Ostatecznym dowodem na to jest test polegający na ukradkowym oznaczeniu farbą lub naklejką i obserwacji czy zwierzę zareaguje próbując dotknąć lub usunąć znak. Jednak nawet w codziennych obserwacjach daje się zauważyć, że istoty mające świadomość własnej aparycji i zrozumienie działania lustra, zachowują się przed lśniącą taflą w sposób odmienny niż w obliczu innych osobników własnego gatunku. I właśnie taka odmienność zachowania zwróciła uwagę grupy badaczy z Uniwersytetu Tampa na Florydzie, obserwujących Manty czyli diabły morskie – te same, które tak wdzięcznie wyskakują z wody. Manty, szczycące się największym pośród ryb mózgiem, podpływają do lustra, wyginają w niecodzienny sposób swoje płetwy, wykręcają pętle, a co najbardziej niezwykłe, wypuszczają pęcherzyki powietrza. W taki sposób manty nie zachowują się jeżeli nie przepływają przy lustrze, a już na pewno nie wobec innych mant. Oczywiście nie można póki co mieć pewności, że obserwowane zachowania stanowią dowód na samoświadomość tych pięknych ryb, jak zauważył oponent, Gordon C. Gallup z Uniwersytetu w Albany, który wprowadził do nauk biologicznych „test lustra”. Mogą to być reakcje znamionujące ciekawość, co samo w sobie też dobrze świadczyłoby o tych rybach. Dopóki nie przeprowadzi się większej liczby testów z lustrami, projekcją innych obrazów, a także monitorowaniem czynności mózgu mant, nie będziemy mieć pewności, że ryby te wyginając ciało przed lustrem myślą sobie „świetnie dziś wyglądam”.

Film z oryginalnej publikacji w Journal of Ethology

Manty są dosyć trudnymi obiektami badań laboratoryjnych głównie z uwagi na rozmiary, jednak skoro u nich zaobserwowano takie zachowania, należy spodziewać się ich także u innych ryb. I to właśnie udało się zespołowi z Uniwersytetu Osaka, którzy w ubiegłym tygodniu ogłosili wyniki swojego eksperymentu ze znanymi nam z innej notki wargatkami. Wpierw zauważono zachowania sugerujące, że rybki przeglądały się w lustrze; ich reakcje były odmienne niż w przypadku spotkania innego osobnika bądź oglądania go przez szybę. W drugiej części eksperymentu rybki, którym przyklejono barwną kropkę po ujrzeniu swego odbicia szukały miejsca o które mogłyby się wytrzeć i sprawdzały w lustrze efekt swoich działań. Nie zaobserwowano ocierania się u tych, które oznakowano naklejką bezbarwną. Wargatki oznakowane barwnymi i bezbarwnymi naklejkami, ale nie mające dostępu do lustra, nie reagowały na obecność naklejki. Wyniki tych obserwacji opublikowano w serwisie bioRxiv, który nie jest recenzowanym czasopismem naukowym,* ale autorzy dają do zrozumienia, że to tylko kwestia czasu, by praca przeszła ścieżkę krytycznych recenzji oceniających rzetelność prezentowanych badań i ukazała się w którymś szanowanym periodyku.

A my utrwalajmy sobie przeświadczenie, że ryby nie są jedynie automatami do powielania genów i swój rozum mają. Odradzam jednak prezentowanie luster każdej napotkanej rybie. Wiele z nich, szczególnie gatunki terytorialne, będą miały skłonność do walki z „przeciwnikiem”. Plotki o bojownikach syjamskich, które w ten sposób potrafią się zabić, nie są przesadzone.

Tomasz Kijewski

wargatek lustro
Ilustracja przedstawiająca część eksperymentu Japończyków pochodzi z ich publikacji w bioRxiv.

 

* Dlaczego recenzowanie w nauce jest takie ważne możecie przeczytać na blogu mojej koleżanki.

Jeśli chcesz wiedzieć więcej:

  1. Ari, D. P. D’Agostino; Contingency checking and self-directed behaviors in giant manta rays: Do elasmobranchs have self-awareness? Journal of Ethology; May 2016, Volume 34, Issue 2, pp 167–174
  2. Kohda i inni: Cleaner wrasse pass the mark test. What are the implications for consciousness and self-awareness testing in animals?; bioRxiv, the preprint server for Biology 2018

 

Zdjęcie wargatka w nagłówku pochodzi z domeny publicznej.