蝠鲼過濾海水有妙招

海水中有浮游動物和浮游植物，通稱為“浮游生物”。浮游生物在水中載浮載沉，有些動物就以過濾的方式取用浮游生物，這種覓食方式稱為“濾食”。以濾食為生的海洋動物真是洋洋大觀，體型有大有小，包括構造簡單的海綿、苔蘚蟲，到餐桌上的蛤蜊，還有世界上最龐大的動物—藍鯨，都是濾食性的動物。俗稱“魔鬼魚”的鲼鲼，也是濾食家族的成員，還會以翻觔斗的方式進食，一直是潛水客的最愛。

濾食功夫有學問

其實，人類也將“過濾”運用工業，可分為“直接過濾”“橫流過濾”“水懸膠過濾”以及“渦旋過濾”。“直接過濾”最直接，就是水流垂直通過濾膜?！皺M流過濾”的水流則以平行方向流經濾膜。“水懸膠過濾”則是不少海洋動物采用的方式，這些動物會制造黏液，就算是小于濾膜孔洞的顆粒也不會放過。“渦旋過濾”藉著高速渦流，把顆粒集中到濾膜周邊，因此能夠防止阻塞，且顆粒的密度必須大于流體的密度。

蝠鲼張口吸入海水，用魚鰓當濾膜過濾海水，濾出的浮游生物會集中起來進入食道。根據以往文獻，蝠鲼的濾食方式不屬于四種中的前三種，且覓食的浮游生物的密度與海水相同，因此也不屬于第四種，這到底是怎么回事呢？

跨學科的技術來解謎

2018年，有三位美國海洋科研者為了看清楚水流和魚鰓之間的交互關系，于是利用3D打印的方式，復制出雙吻前口蝠鲼的魚鰓，并且把魚鰓復制品放進兩端都能讓水流動的水槽，并且根據蝠鲼游泳的速度、連續性方程加上解剖資料來重建流速，以模擬口腔的環境。為了讓實驗更貼近自然情境，他們用密度和海水相當的豐年蝦卵當顆粒，且豐年蝦卵比魚鰓的細縫要小。結果發現，大部分的豐年蝦卵都沒有穿透復制魚鰓，也沒有發現阻塞的現象，蝦卵似乎從復制魚鰓的邊緣“滑行”過去了。

以上都是目測的現象，如何將食物顆粒流動的路徑呈現出來呢？三位科研者采用“計算流體力學”（CFD），描繪出食物顆粒經過魚鰓的路徑：原來顆粒經過魚鰓的瞬間，會出現“跳彈”的動作，不但不會通過細縫，還會向外彈出回到水流，最后眾多顆粒會集中起來進入食道。那么要是魚鰓細縫的寬度變大呢？因為相較之下，褐背蝠鲼的魚鰓細縫寬度，是雙吻前口蝠鲼的5倍，為此作者利用褐背蝠鲼的魚鰓來示范。這次作者采用了“微米級計算機斷層”的技術，紀錄了食物顆粒經過魚鰓的路徑，也發現相同的結果，食物顆粒依舊出現彈跳的路徑，可見就算魚鰓細縫變寬，依舊能將食物顆粒一網打盡！

蝠鲼濾食的啟示

本研究的三位作者指出：兩種蝠鲼的濾食方式均能防止食物顆粒阻塞魚鰓，因此不需要閉起嘴巴排除阻塞，可以不停地進食；另一方面，極小的顆粒也不會穿透魚鰓，和大顆粒一起吞下食道，可以說是“大小通吃”。這種覓食方式非常節省能量，就算在食物較少的水域，蝠鲼照樣能夠存活。