La ricerca marina approfondisce il modo in cui i misticeti giganti filtrano minuscoli organismi

Come fanno i misticeti giganti e sdentati a filtrare migliaia di chili di minuscoli gamberetti dopo aver inghiottito acqua di mare?

Shirel Kahane-Rapport, studiosa post-dottorato della Cal State Fullerton, si sta immergendo nella biomeccanica di questi filtri alimentatori e nel modo in cui utilizzano piastre di fanoni per filtrare il cibo, come lo zooplancton e piccoli pesci, dall'acqua di mare. Le risposte potrebbero portare a sistemi di filtrazione industriale meglio progettati.

Kahane-Rapport sta conducendo il suo studio sotto la guida di Misty Paig-Tran, professore associato di scienze biologiche. Il laboratorio FABB (Anatomia Funzionale, Biomeccanica e Biomateriali) di Paig-Tran utilizza una miscela di tecniche anatomiche e ingegneristiche per rispondere a domande biologiche sulle prestazioni degli animali marini.

"I misticeti sono affascinanti. Ma è sorprendente quanto poco sappiamo di alcuni degli animali più grandi e carismatici del pianeta", ha detto Paig-Tran. "Studiare come i grandi animali filtrano i piccoli organismi ci dà una visione approfondita della costruzione di filtri migliori e più efficienti per l'uso umano."

La ricercatrice capo Kahane-Rapport sta conducendo lo studio in collaborazione con ricercatori dell’Università di Stanford, dove ha conseguito il dottorato nel giugno 2021, e dell’Università di Washington.

La loro ricerca mira a definire in che modo le dimensioni corporee influenzano la biomeccanica e le strutture anatomiche coinvolte nel flusso dell'acqua e nella cattura delle prede di cinque specie di balene, una famiglia di balene. Questa particolare famiglia di balene è composta dalla balenottera azzurra (la più grande di tutte le balene e l'animale più grande di tutti i tempi), dalla balenottera comune, dalla megattera, dalla balena grigia e dalla balenottera minore.

All'inizio di luglio, Kahane-Rapport ha presentato la sua ricerca alla conferenza internazionale della Society of Experimental Biology a Montpellier, in Francia. Ad agosto, presenterà alla conferenza della Society of Marine Mammalogy a Palm Beach, in Florida.

Recentemente le è stata assegnata una borsa di ricerca post-dottorato in biologia della National Science Foundation per continuare la sua ricerca presso CSUF per i prossimi due anni. La sua ricerca include anche il lavoro con Paig-Tran sulla biomeccanica di altri grandi animali che si nutrono di filtri come le mante.

I misticeti hanno un tessuto orale cheratinoso - la stessa proteina delle unghie e dei capelli di un essere umano - che pende dal palato della balena in strutture simmetriche bilateralmente, ha spiegato Kahane-Rapport. Le placche di cheratina più grandi sono posizionate vicino al labbro mentre le placche più piccole sono più vicine alla lingua. Quando la balena ingoia enormi quantità di acqua di mare, i fanoni simili a peli filtrano il cibo dall'acqua.

"I bordi della piastra dei fanoni si sfilacciano in peli, o frange, che si intrecciano, creando un tappeto denso. Questo tappeto consente all'enorme quantità di acqua inghiottita di fuoriuscire dalla bocca e dalla gola espansa, e trattiene la preda catturata", ha aggiunto Kahane- Rapport, i cui studi di dottorato si sono concentrati sulle grandi balene che si nutrono di filtri. "Non capiamo i meccanismi di questo processo."

Il suo studio, che è stato presentato per la pubblicazione in una rivista scientifica sottoposta a revisione paritaria, ha esaminato diverse caratteristiche dei fanoni, come lo spessore, la lunghezza e la dimensione delle placche di cheratina e gli spazi tra ciascuna placca.

"Abbiamo scoperto che queste caratteristiche che abbiamo misurato erano molto diverse tra le specie. Questo è qualcosa che potresti aspettarti perché sono specie diverse, ma il nostro studio lo dimostra con prove statistiche", ha detto.

Per i ricercatori, uno degli aspetti più complicati dello studio della filtrazione dei misticeti è capire come l’acqua passa attraverso il filtro.

"Quando si studia un filtro, si calcola innanzitutto la dimensione del foro, noto come poro, attraverso il quale passa l'acqua. Quindi è possibile determinare il volume e la velocità del flusso d'acqua attraverso il filtro", ha riferito.

"Nel caso dei misticeti, il filtro è un tappeto aggrovigliato di setole che emergono dalle piastre dei fanoni. Questo tappeto non ha uno schema, una struttura o un poro chiari, quindi i ricercatori non sono stati in grado di calcolare il volume e la velocità di questo filtro. "