Фильтраторы — это водные животные , которые усваивают питательные вещества , питаясь органическими веществами , частицами пищи или более мелкими организмами ( бактериями , микроводорослями и зоопланктонами ) , взвешенными в воде, обычно за счет прохождения воды через специальный фильтрующий орган . Фильтраторы могут играть важную роль в конденсации биомассы и удалении избыточных питательных веществ (таких как азот и фосфат ) из местного водоема , и поэтому считаются инженерами экосистем по очистке воды . Они также играют важную роль в биоаккумуляции и, как следствие, в качестве организмов-индикаторов .
Фильтраторы могут быть сидячими , планктонными или нектонными в зависимости от вида и ниш, которые они в ходе эволюции заняли. Существующие виды, использующие такой метод питания, охватывают многочисленные типы , в том числе порифераны ( губки ), книдарии ( медузы , морские загоны и кораллы ), членистоногие ( криль , мизиды и ракушки ), моллюски ( двустворчатые моллюски , такие как моллюски , гребешки и устрицы ). , иглокожие ( морские лилии ) и хордовые ( ланцетники , асцидии и сальпы ), а также многие морские позвоночные животные , такие как большинство видов кормовых рыб , американский веслонос , серебряный и большеголовый карпы , усатые киты , манты и три вида акул — китовая акула , гигантская акула и большеротая акула ). Некоторые водоплавающие птицы , такие как фламинго и некоторые виды уток , хотя и живут преимущественно на суше, в поисках пищи также являются фильтраторами .
Большинство кормовых рыб являются фильтраторами. Например, атлантический менхаден , разновидность сельди , питается планктоном , пойманным в толще воды. Взрослые менхадены могут фильтровать до четырех галлонов воды в минуту и играть важную роль в очистке океанской воды. Они также являются естественным сдерживающим фактором для смертоносного красного прилива . [1]
Помимо этих костных рыб, фильтраторами являются еще четыре вида хрящевых рыб . Китовая акула всасывает полный рот воды, закрывает пасть и выбрасывает воду через жабры . Во время небольшой задержки между закрытием рта и открытием жаберных створок планктон захватывается кожными зубцами , выстилающими жаберные пластинки и глотку . Этот тонкий ситообразный аппарат, представляющий собой уникальную модификацию жаберных тычинок, предотвращает выход чего-либо, кроме жидкости, через жабры (все, что диаметром более 2–3 мм, задерживается). Любой материал, попавший в фильтр между жаберными перемычками, проглатывается. Было замечено, что китовые акулы «кашляют», и предполагается, что это метод очистки от скопившихся частиц пищи в жаберных тычинках. [2] [3] [4] У большеротой акулы вокруг рта расположены светящиеся органы, называемые фотофорами . Считается, что они могут существовать для того, чтобы заманивать в рот планктон или мелкую рыбу. [5] Гигантская акула является пассивным фильтратором, фильтрующим зоопланктон , мелкую рыбу и беспозвоночных до 2000 тонн воды в час. [6] В отличие от большеротых и китовых акул, гигантская акула, похоже, не ищет активно свою добычу; но у него есть большие обонятельные луковицы , которые могут направить его в правильном направлении. В отличие от других крупных фильтраторов, он полагается только на воду, которая проталкивается через жабры при плавании; большеротая акула и китовая акула могут сосать или перекачивать воду через жабры. [6] Скаты-манты могут приурочить свое прибытие к нересту больших косяков рыбы и питаться свободно плавающей икрой и спермой. Эту уловку используют и китовые акулы. [7]
Как и все членистоногие, ракообразные относятся к экдизозоям , кладе без ресничек . Реснички играют важную роль для многих животных, питающихся фильтратором, но поскольку у ракообразных их нет, им приходится вместо этого использовать модифицированные конечности для фильтрационного питания. [8] Мисидообразные живут недалеко от берега и парят над морским дном, постоянно собирая частицы с помощью своей корзины-фильтра. Они являются важным источником пищи для сельди , трески , камбалы и полосатого окуня . Мизиды обладают высокой устойчивостью к токсинам в загрязненных районах и могут способствовать повышению уровня токсинов у их хищников. [ нужна цитата ] Антарктическому крилю удается напрямую использовать мельчайшие клетки фитопланктона , чего не может сделать ни одно другое высшее животное размером с криль. Это достигается за счет фильтрационного питания с использованием развитых передних ног криля, образующих очень эффективный фильтрующий аппарат: [9] шесть торакопод образуют очень эффективную «кормушку», используемую для сбора фитопланктона из открытой воды. На анимации вверху этой страницы криль зависает на месте под углом 55°. При меньших концентрациях корма кормушку проталкивают в воду более чем на полметра в открытом положении, а затем водоросли причесывают к ротовому отверстию специальными щетинками на внутренней стороне торакопод. Фарфоровые крабы имеют питающиеся придатки, покрытые щетинками, которые фильтруют частицы пищи из текущей воды. [10] Большинство видов ракушек являются фильтраторами, использующими свои сильно модифицированные ноги для просеивания планктона из воды. [11]
Кроме того, некоторые насекомые с водными личинками или нимфами на водной стадии являются фильтраторами. Например, некоторые виды нимф поденок , [12] личинки комаров , [13] и личинки черной мухи . [14] Вместо использования модифицированных конечностей или ротового аппарата некоторые личинки ручейников производят шелковые сети, используемые для фильтрационного питания. [15]
Усатые киты (Mysticeti), один из двух подотрядов китообразных ( киты, дельфины и морские свиньи), характеризуются наличием не зубов, а пластинок уса для фильтрации пищи из воды. Это отличает их от другого подотряда китообразных — зубатых китов (Odontoceti). Подотряд включает четыре семейства и четырнадцать видов. Усатые киты обычно ищут скопление зоопланктона, плавают сквозь него, либо с открытой пастью, либо с глотком, и фильтруют добычу из воды с помощью своих усовых китов. Усовый уса представляет собой ряд большого количества кератиновых пластинок, прикрепленных к верхней челюсти и имеющих состав, аналогичный составу человеческих волос или ногтей. Эти пластины имеют треугольное сечение, причем на самой большой, обращенной внутрь стороне, имеются тонкие волоски, образующие фильтрующий мат. [16] Гренландские киты — медленные пловцы с большими головами и ртами. Их пластинки китового уса узкие и очень длинные — до 4 м (13 футов) у гренландских особей — и расположены внутри увеличенной нижней губы, которая прилегает к изогнутой верхней челюсти. Когда гладкий кит плавает, передняя щель между двумя рядами пластин уса пропускает воду вместе с добычей, а усаты отфильтровывают воду. [16] Рорквалы , такие как синий кит , напротив, имеют меньшие головы и являются быстрыми пловцами с короткими и широкими пластинами уса. Чтобы поймать добычу, они широко раскрывают нижнюю челюсть — почти на 90° — плавают в стае, сглатывая, одновременно опуская язык так, что вентральные бороздки головы расширяются и значительно увеличивают количество всасываемой воды. [16] Усатые киты обычно едят криль. летом в полярных или приполярных водах, но может ловить и стайную рыбу, особенно в Северном полушарии. Все усатые киты, за исключением серых китов, кормятся у поверхности воды, редко ныряя глубже 100 м (330 футов) или на продолжительное время. Серые киты живут на мелководье и питаются в основном донными организмами, такими как амфиподы . [16]
Двустворчатые моллюски — водные моллюски , раковина которых состоит из двух частей . Обычно обе оболочки (или створки) симметричны по шарнирной линии. Класс насчитывает 30 000 видов , включая гребешки , моллюски , устрицы и мидии . Большинство двустворчатых моллюсков являются фильтраторами (хотя некоторые из них занялись падальщиками и хищничеством), извлекая органические вещества из моря, в котором они живут. Нефридии , моллюсковая версия почек , удаляют отходы. Закопанные двустворчатые моллюски питаются, выдвигая на поверхность сифон. Например, устрицы втягивают воду через жабры за счет биения ресничек . Взвешенная пища ( фитопланктон , зоопланктон , водоросли и другие переносимые с водой питательные вещества и частицы) задерживаются в слизи жабр и оттуда транспортируются в рот, где съедаются, перевариваются и выводятся в виде фекалий или псевдофекалий . Каждая устрица фильтрует до пяти литров воды в час. Ученые полагают, что некогда процветающая популяция устриц в Чесапикском заливе исторически фильтровала весь объем воды устья от избыточных питательных веществ каждые три или четыре дня. Сегодня этот процесс занял бы почти год [17] , а отложения, питательные вещества и водоросли могут вызвать проблемы в местных водах. Устрицы фильтруют эти загрязняющие вещества [18] и либо поедают их, либо формируют в небольшие пакетики, которые оседают на дне, где они безвредны.
Двустворчатые моллюски перерабатывают питательные вещества, попадающие в водные пути от человека и сельскохозяйственных источников. Биоэкстракция питательных веществ - это «стратегия управления окружающей средой, с помощью которой питательные вещества удаляются из водной экосистемы посредством сбора улучшенной биологической продукции, включая аквакультуру моллюсков или водорослей, питающихся суспензией». [19] Удаление питательных веществ моллюсками, которых затем собирают из системы, может помочь решить экологические проблемы, включая избыточное поступление питательных веществ ( эвтрофикация ), низкий уровень растворенного кислорода, снижение доступности света и воздействие на взморник, вредное цветение водорослей и увеличивается частота паралитического отравления моллюсками (PSP). Например, средняя собранная мидия содержит: 0,8–1,2% азота и 0,06–0,08% фосфора. [20] Удаление повышенной биомассы может не только бороться с эвтрофикацией, но и поддерживать местную экономику, предоставляя продукты для корма для животных или компоста. В Швеции экологические агентства используют выращивание мидий в качестве инструмента управления для улучшения качества воды, где усилия по биоэкстракции мидий были оценены и оказались высокоэффективным источником удобрений и кормов для животных [21]. смоделировать использование моллюсков и морских водорослей для смягчения последствий загрязнения питательными веществами в определенных районах пролива Лонг-Айленд. [22]
Двустворчатые моллюски также широко используются в качестве биоиндикаторов для мониторинга состояния водной среды, как пресной, так и морской воды. Их популяционный статус или структура, физиология, поведение [23] или содержание в них определенных элементов или соединений могут выявить статус загрязнения любой водной экосистемы. Они полезны, поскольку они сидячие, что означает, что они точно репрезентативны для среды, в которой их отбирают или помещают (в клетку), и они все время дышат водой, обнажая свои жабры и внутренние ткани: биоаккумуляция . Одним из самых известных проектов в этой области является программа наблюдения за мидиями в Америке.
У губок нет настоящей кровеносной системы ; вместо этого они создают поток воды, который используется для циркуляции. Растворенные газы доставляются в клетки и проникают в клетки посредством простой диффузии . Метаболические отходы также передаются в воду посредством диффузии. Губки перекачивают значительное количество воды. Лейкония , например, представляет собой небольшую лейконоидную губку около 10 см в высоту и 1 см в диаметре. Подсчитано, что вода поступает через более чем 80 000 впадающих каналов со скоростью 6 см в минуту. Однако, поскольку Leuconia имеет более 2 миллионов жгутиковых камер, общий диаметр которых намного больше, чем у каналов, скорость потока воды через камеры замедляется до 3,6 см в час. [24] Такая скорость потока позволяет легко захватывать пищу клетками воротника. Вода выбрасывается через единственную окулум со скоростью около 8,5 см/сек: реактивная сила способна уносить продукты жизнедеятельности на некоторое расстояние от губки.
Лунная медуза имеет сетку волокон, которые медленно тянутся сквозь воду. Движение настолько медленное, что копеподы не могут его почувствовать и не реагируют реакцией бегства . [ нужна цитата ]
К другим книдариям, питающимся фильтратором, относятся морские загоны , морские вееры , перистые анемоны и ксения . [ нужна цитата ]
Оболочники , такие как асцидии , сальпы и асцидии , относятся к хордовым , которые образуют сестринскую группу позвоночных . Почти все оболочники питаются взвесью , захватывая планктонные частицы, фильтруя морскую воду через свое тело. Вода всасывается в организм через буккальный сифон для вдыхания под действием ресничек, выстилающих жаберные щели. Отфильтрованная вода затем выводится через отдельный сифон для вытяжки. Чтобы получить достаточно пищи, типичному оболочнику необходимо перерабатывать около одного объема воды в секунду. [25]
Фламинго фильтруют артемию . Их клювы странной формы специально приспособлены для отделения грязи и ила от пищи, которую они едят, и используются исключительно в перевернутом положении. Фильтрации пищевых продуктов способствуют волосистые структуры, называемые пластинками , которые выстилают нижние челюсти , и большой язык с шероховатой поверхностью. [26]
Прионы — это специализированные буревестники с привычкой фильтрационного питания. Их название происходит от пилообразных краев челюстей, которые используются для выслеживания мелких планктонных животных. [27]
Предполагается , что вымерший лебедь Аннакацигна является фильтратором, поскольку пропорции его клюва аналогичны пропорциям уток-носорок . Он уникален тем, что является крупным нелетающим морским животным, в отличие от более мелких, все еще летающих фламинго и прионов.
Традиционно Ctenochasmatoidea как группу относят к фильтраторам из-за их длинных, множества тонких зубов, явно хорошо приспособленных для ловли добычи. Однако только Птеродаустро демонстрирует правильный насосный механизм, имея перевернутые вверх челюсти и мощную мускулатуру челюстей и языка. У других гребневиков их нет, и теперь считается, что они были ловцами, похожими на колпицы , которые использовали свои специальные зубы просто для того, чтобы обеспечить большую площадь поверхности. Примечательно, что эти зубы, хотя и маленькие и многочисленные, сравнительно неспециализированы по сравнению с китовыми зубами Pterodaustro . [28]
Считается, что бореоптериды полагались на своего рода элементарное фильтрующее питание, используя свои длинные тонкие зубы для ловли мелких рыб, хотя, вероятно, у них не было насосного механизма, как у Pterodaustro . По сути, их механизм кормления был похож на механизм современных молодых платанистских « дельфинов ». [28] [29]
Привычки фильтрационного питания заметно редки среди мезозойских морских рептилий , основная ниша фильтрационного питания, по-видимому, вместо этого занята пахикормидными рыбами. Однако было высказано предположение, что некоторые зауропсиды занимались фильтрующим питанием. Хенодус был плакодонтом с уникальными зубцами, похожими на китовый ус, и особенностями подъязычной и челюстной мускулатуры, сравнимыми с таковыми у фламинго. В сочетании с озерной средой он мог занять аналогичную экологическую нишу. [30] [31] В частности, вероятно, это было травоядное животное , отфильтровывающее водоросли и другую мелкую флору из субстратов. [32] Stomatosuchidae — это семейство пресноводных крокодиломорфов с челюстями, похожими на рорквалы, и крохотными зубами, и неродственный кайнозойский Mourasuchus имеет схожие адаптации. Hupehsuchia — это линия причудливых рептилий триасового периода , приспособленных к кормлению в суспензии. [33] Некоторые плезиозавры, возможно, имели привычку фильтровать пищу. [34]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )