Морские исследования выясняют, как гигантские усатые киты фильтруют крошечные организмы

Как гигантские беззубые киты фильтруют тысячи фунтов крошечных креветок после того, как заглотнули морскую воду?

Постдокторант из Калифорнийского университета в Фуллертоне Ширел Кахане-Раппорт погружается в биомеханику этих фильтраторов и то, как они используют пластины китового уса для фильтрации пищи, такой как зоопланктон и мелкая рыба, из морской воды. Ответы могут привести к созданию более совершенных промышленных систем фильтрации.

Кахане-Раппорт проводит свое исследование под руководством Мисти Пейг-Тран, доцента биологических наук. Лаборатория FABB (функциональная анатомия, биомеханика и биоматериалы) Пейг-Трана использует сочетание анатомии и инженерных методов для ответа на биологические вопросы о работоспособности морских животных.

«Усатые киты очаровательны. Но удивительно, как мало мы знаем о некоторых из самых больших и харизматичных животных на планете», — сказал Пейг-Тран. «Изучение того, как крупные животные фильтруют крошечные организмы, дает нам возможность создать более эффективные и эффективные фильтры для использования человеком».

Ведущий исследователь Кахане-Раппорт проводит исследование в сотрудничестве с исследователями из Стэнфордского университета, где она получила докторскую степень в июне 2021 года, и Вашингтонского университета.

Их исследование направлено на то, чтобы определить, как размер тела влияет на биомеханику и анатомические структуры, участвующие в потоке воды и захвате добычи пяти видов рорквалов, семейства усатых китов. Это конкретное семейство китов состоит из синего кита (самого крупного из всех китов и самого крупного животного всех времен), финвала, горбатого кита, серого кита и полосатика.

В начале июля Кахане-Раппорт представила свое исследование на международной конференции Общества экспериментальной биологии в Монпелье, Франция. В августе она выступит на конференции Общества морской маммологии в Палм-Бич, Флорида.

Недавно она была награждена стипендией Национального научного фонда для постдокторских исследований в области биологии, чтобы продолжить свои исследования в CSUF в течение следующих двух лет. Ее исследования также включают работу с Пейг-Тран над биомеханикой других крупных животных, питающихся фильтратором, таких как скаты манты.

По словам Кахане-Раппорта, у усатых китов есть кератиновая ткань полости рта — тот же белок, что и ноготь и волосы человека, — которая свисает с нёба кита двусторонне-симметричными стойками. Большие кератиновые пластины расположены возле губы, а меньшие — ближе к языку. Когда кит заглатывает огромное количество морской воды, похожий на волосы китовый ус отцеживает или фильтрует пищу из воды.

«Край усатой пластины растирается на волоски или бахромы, которые сцепляются, образуя плотный коврик. Этот коврик позволяет огромному количеству поглощенной воды вытекать изо рта и расширенного горла, а также удерживает пойманную добычу», — добавил Кахане- Раппорт, чьи докторские исследования были посвящены крупным китам, питающимся фильтратором. «Мы не понимаем механику этого процесса».

В ее исследовании, которое было представлено для публикации в рецензируемом научном журнале, изучались различные особенности уса, такие как толщина, длина и размер кератиновых пластин, а также промежутки между каждой пластиной.

«Мы обнаружили, что измеренные нами характеристики сильно различались между видами. Этого можно было ожидать, поскольку это разные виды, но наше исследование показывает это статистическими данными», — сказала она.

Для исследователей одним из наиболее сложных аспектов изучения фильтрации усатых китов является понимание того, как вода проходит через фильтр.

«Изучая фильтр, вы сначала рассчитываете размер отверстия, известного как пора, через которое проходит вода. Затем вы можете определить объем и скорость потока воды через фильтр», — рассказала она.

«В случае усатых китов фильтр представляет собой запутанный коврик из щетинок, выходящих из пластин уса. Этот коврик не имеет четкого рисунка, структуры или пор, поэтому исследователи не смогли рассчитать объем и скорость этого фильтра. "