文／李弘善

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」的鱝鱝 ，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。2018年9月出版的《科學進展》（Science Advances），刊出一篇針對「雙吻前口鱝」以及「褐背鱝」的研究，解開了蝠鱝濾食之謎。

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。「橫流過濾」的水流則以平行方向流經濾膜。「水懸膠過濾」則是不少海洋動物採用的方式，這些動物會製造黏液，就算是小於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於流體的密度。

蝠鱝張口吸入海水，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，蝠鱝的濾食方式不屬於四種中的前三種，且覓食的浮游生物的密度與海水相同，因此也不屬於第四種，這倒底怎麼回事呢？

跨學科的技術來解謎

本研究的三位作者都來自美國：他們為了看清楚水流和魚鰓之間的交互關係，於是利用3D列印的方式，複製出雙吻前口蝠鱝 的魚鰓，並且把魚鰓複製品放進兩端都能讓水流動的水槽，並且根據蝠鱝游泳的速度、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複製魚鰓，也沒有發現阻塞的現象，蝦卵似乎從複製魚鰓的邊緣「滑行」過去。

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？作者採用「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，最後眾多顆粒會集中起來進入食道。那麼要是魚鰓細縫的寬度變大呢？因為相較之下，褐背蝠鱝 的魚鰓細縫寬度，是雙吻前口蝠鱝的5倍，為此作者利用褐背蝠鱝的魚鰓來示範。這此作者採用「微米級電腦斷層」（micro-computed tomography）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！

蝠鱝濾食的啟示

本研究的作者指出：兩種蝠鱝的濾食方式，不但防止食物顆粒阻塞魚鰓，因此不需要閉起嘴巴排除阻塞，可以不停的進食；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，蝠鱝照樣能夠存活。