Riesenmantas: Der schwimmende Hightech-Filter
Vorbild Riesenmanta Die schwimmenden Super-Filter
Riesenmantas sind majestätisch wirkende Meeresbewohner. Mit einer Spannweite von bis zu sieben Metern und einem Gewicht von zwei Tonnen pflügen sie durch die Meere. Zum Fressen öffnen die Tiere beim Schwimmen einfach ihr Maul. So filtern sie Plankton aus dem Wasser.
Dabei erstaunt Forscher schon seit einiger Zeit, dass im Magen der Tiere so mancher Minikrebs landet, der eigentlich viel zu klein ist. Diese Krebse passen bequem durch die sogenannte Kiemenreuse. Durch diese könnten so wie andere Kleinstlebewesen auch aus dem Maul der Mantas zurück ins Meer gelangen - aber das gelingt ihnen nicht.
Nun haben die Wissenschaftler die Biotechnik hinter dem Filtersystem analysiert und eine künstliche Kiemenreuse nachgebaut. Über ihre Studie berichten die Forscher um Erin Paig-Tran von der California State University in Fullerton (Kalifornien, USA) in der Fachzeitschrift "Science Advances".
Die Kiemenreuse von Riesenmantas (Manta birostris) besteht aus langen, parallel angeordneten blattartigen Filterlappen. Paig-Tran und Kollegen rekonstruierten das System am Rechner und druckten es mit einem 3D-Drucker aus. Dann machten sie Strömungsexperimente und ließen Salinenkrebseier im Strom mitschwimmen. Diese waren im Schnitt 275 Mikrometer (Tausendstel Millimeter) groß - doch sie gelangten größtenteils nicht durch die 340 Mikrometer großen Filterporen.
Die Forscher simulierten die Strömung durch das Filtersystem des Rochens im Computer. Dabei stellten sie fest, dass die entscheidende Trennung zwischen den kleinen Nahrungsbrocken und dem strömenden Wasser an den abgerundeten Kanten der Filterlappen geschieht: Diese Kanten stehen gewissermaßen im Weg. Während das Wasser sie geschmeidig umrundet, prallen die Festkörper ab.
"Der Partikel springt elastisch von der Oberfläche zurück und gelangt wieder in den Strom, der über der Filterpore fließt, was zu einer Konzentration von Partikeln in dem Wasser oberhalb des Filters führt", schreiben die Wissenschaftler.
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Das Wasser fließt nach und nach durch die Filterporen ab, wobei am Ende ein wenig Wasser, das mit Nahrung angereichert ist, in den Schlund gelangt. Dieses System funktioniert den Berechnungen zufolge ab einer Fließgeschwindigkeit von 30 Zentimetern pro Sekunde. Das ist etwa halb so viel wie beim Riesenmanta üblich.
Die Forscher testeten auch das Filtersystem einer anderen Teufelsrochenart, Mobula tarapacana. Bei diesem Tier sind die Filterporen etwa 1100 Mikrometer groß, dennoch kann der Filter Nahrung in der Größe von 250 Mikrometern zurückhalten.
"Dieser Fest-Flüssig-Trennmechanismus kann interessante industrielle Anwendungen haben, da er bei hohen Strömungsraten arbeitet, schwimmende Teilchen effektiv filtert und Verstopfungen widersteht", schreibt die Gruppe um Paig-Tran. Gerade Siebe und Filter verstopfen schnell und müssen häufig gereinigt werden. Der Mechanismus, den die Forscher "Abpralltrennung" (ricochet separation) genannt haben, könnte dagegen bei Abhilfe schaffen.
