蝠鲼过滤海水有妙招

海水中有浮游动物和浮游植物，通称为“浮游生物”。浮游生物在水中载浮载沉，有些动物就以过滤的方式取用浮游生物，这种觅食方式称为“滤食”。以滤食为生的海洋动物真是洋洋大观，体型有大有小，包括构造简单的海绵、苔藓虫，到餐桌上的蛤蜊，还有世界上最庞大的动物—蓝鲸，都是滤食性的动物。俗称“魔鬼鱼”的鲼鲼，也是滤食家族的成员，还会以翻觔斗的方式进食，一直是潜水客的最爱。

滤食功夫有学问

其实，人类也将“过滤”运用工业，可分为“直接过滤”“横流过滤”“水悬胶过滤”以及“涡旋过滤”。“直接过滤”最直接，就是水流垂直通过滤膜。“横流过滤”的水流则以平行方向流经滤膜。“水悬胶过滤”则是不少海洋动物采用的方式，这些动物会制造黏液，就算是小于滤膜孔洞的颗粒也不会放过。“涡旋过滤”藉着高速涡流，把颗粒集中到滤膜周边，因此能够防止阻塞，且颗粒的密度必须大于流体的密度。

蝠鲼张口吸入海水，用鱼鳃当滤膜过滤海水，滤出的浮游生物会集中起来进入食道。根据以往文献，蝠鲼的滤食方式不属于四种中的前三种，且觅食的浮游生物的密度与海水相同，因此也不属于第四种，这到底是怎么回事呢？

跨学科的技术来解谜

2018年，有三位美国海洋科研者为了看清楚水流和鱼鳃之间的交互关系，于是利用3D打印的方式，复制出双吻前口蝠鲼的鱼鳃，并且把鱼鳃复制品放进两端都能让水流动的水槽，并且根据蝠鲼游泳的速度、连续性方程加上解剖资料来重建流速，以模拟口腔的环境。为了让实验更贴近自然情境，他们用密度和海水相当的丰年虾卵当颗粒，且丰年虾卵比鱼鳃的细缝要小。结果发现，大部分的丰年虾卵都没有穿透复制鱼鳃，也没有发现阻塞的现象，虾卵似乎从复制鱼鳃的边缘“滑行”过去了。

以上都是目测的现象，如何将食物颗粒流动的路径呈现出来呢？三位科研者采用“计算流体力学”（CFD），描绘出食物颗粒经过鱼鳃的路径：原来颗粒经过鱼鳃的瞬间，会出现“跳弹”的动作，不但不会通过细缝，还会向外弹出回到水流，最后众多颗粒会集中起来进入食道。那么要是鱼鳃细缝的宽度变大呢？因为相较之下，褐背蝠鲼的鱼鳃细缝宽度，是双吻前口蝠鲼的5倍，为此作者利用褐背蝠鲼的鱼鳃来示范。这次作者采用了“微米级计算机断层”的技术，纪录了食物颗粒经过鱼鳃的路径，也发现相同的结果，食物颗粒依旧出现弹跳的路径，可见就算鱼鳃细缝变宽，依旧能将食物颗粒一网打尽！

蝠鲼滤食的启示

本研究的三位作者指出：两种蝠鲼的滤食方式均能防止食物颗粒阻塞鱼鳃，因此不需要闭起嘴巴排除阻塞，可以不停地进食；另一方面，极小的颗粒也不会穿透鱼鳃，和大颗粒一起吞下食道，可以说是“大小通吃”。这种觅食方式非常节省能量，就算在食物较少的水域，蝠鲼照样能够存活。