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

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s