stringtranslate.com

Фильтр-питатель

Криль питается в условиях высокой концентрации фитопланктона (замедлено в 12 раз)

Фильтраторы — это водные животные , которые получают питательные вещества , питаясь органическими веществами , пищевыми частицами или более мелкими организмами ( бактериями , микроводорослями и зоопланктонами ), взвешенными в воде, как правило, пропуская воду через специализированный фильтрующий орган , который просеивает и/или улавливает твердые частицы. Фильтраторы могут играть важную роль в конденсации биомассы и удалении избытка питательных веществ (таких как азот и фосфат ) из местного водоема , и поэтому считаются инженерами экосистемы, очищающими воду . Они также важны для биоаккумуляции и, как следствие, как индикаторные организмы .

Фильтраторы могут быть сидячими , планктонными , нектонными или даже нейстонными (в случае морских желудей ) в зависимости от вида и ниш , которые они заняли в ходе эволюции . Существующие виды , которые полагаются на такой способ питания , охватывают многочисленные типы , включая губок , книдарий ( медуз , морских перьев и кораллов ), членистоногих ( криль , мизиды и морские желуди ), моллюсков ( двустворчатых , таких как мидии , гребешки и устрицы ), иглокожих ( морских лилий ) и хордовых ( ланцетников , асцидий и сальп , а также многих морских позвоночных, таких как большинство видов кормовых рыб , американский веслонос , толстолобиков и толстолобиков , усатых китов , мант и три вида акул — китовая акула , гигантская акула и большеротая акула ). Некоторые водоплавающие птицы, такие как фламинго и определенные виды уток , хотя и преимущественно наземные, также являются фильтраторами при поиске пищи .

Рыба

Большинство кормовых рыб являются фильтраторами. Например, атлантический менхаден , тип сельди , питается планктоном, вылавливаемым в толще воды. Взрослые менхадены могут фильтровать до четырех галлонов воды в минуту и ​​играют важную роль в очистке океанской воды. Они также являются естественным сдерживающим фактором для смертельно опасного красного прилива . [1]

В дополнение к этим костным рыбам, четыре типа хрящевых рыб также являются фильтраторами. Китовая акула всасывает полный рот воды, закрывает рот и выталкивает воду через жабры . Во время небольшой задержки между закрытием рта и открытием жаберных заслонок планктон задерживается дермальными зубчиками , которые выстилают ее жаберные пластины и глотку . Этот тонкий ситообразный аппарат, который является уникальной модификацией жаберных тычинок, предотвращает прохождение чего-либо, кроме жидкости, через жабры (все, что больше 2-3 мм в диаметре, задерживается). Любой материал, попавший в фильтр между жаберными перекладинами, проглатывается. Было замечено, что китовые акулы «кашляют», и предполагается, что это метод очистки скопившихся частиц пищи в жаберных тычинках. [2] [3] [4] У большеротой акулы вокруг рта есть светящиеся органы, называемые фотофорами . Считается, что они существуют для того, чтобы заманивать в рот планктон или мелкую рыбу. [5] Гигантская акула — пассивный фильтратор, фильтрующий зоопланктон , мелкую рыбу и беспозвоночных из до 2000 тонн воды в час. [6] В отличие от большеротой и китовой акул, гигантская акула, по-видимому, не ищет свою добычу активно; но у нее есть большие обонятельные луковицы , которые могут направлять ее в правильном направлении. В отличие от других крупных фильтраторов, она полагается только на воду, которая проталкивается через жабры во время плавания; большеротая и китовая акулы могут всасывать или перекачивать воду через жабры. [6] Манты могут приурочивать свое прибытие к нересту больших косяков рыб и питаться свободно плавающей икрой и спермой. Эту уловку также используют китовые акулы. [7]

Членистоногие

Фильтрующая корзина мизиды

Как и все членистоногие, ракообразные являются экдизозойцами , кладой без ресничек . Реснички играют важную роль для многих фильтрующих животных, но поскольку у ракообразных их нет, им вместо этого нужно использовать модифицированные конечности для фильтрационного питания. [8] Мизиды живут недалеко от берега и парят над морским дном, постоянно собирая частицы своей фильтрующей корзиной. Они являются важным источником пищи для сельди , трески , камбалы и полосатого окуня . Мизиды обладают высокой устойчивостью к токсинам в загрязненных районах и могут способствовать высокому уровню токсинов у своих хищников. [ требуется цитата ] Антарктический криль умудряется напрямую использовать мельчайшие клетки фитопланктона , чего не может сделать ни одно другое высшее животное такого размера. Это достигается посредством фильтрационного питания с использованием развитых передних ног криля, что обеспечивает очень эффективный фильтрующий аппарат: [9] шесть торакопод образуют очень эффективную «корзину для кормления», используемую для сбора фитопланктона из открытой воды. На анимации в верхней части этой страницы криль зависает под углом 55° на месте. При более низкой концентрации пищи корзина для кормления проталкивается через воду более чем на полметра в открытом положении, а затем водоросли прочесываются к ротовому отверстию специальными щетинками на внутренней стороне торакопод. У фарфоровых крабов есть кормовые придатки, покрытые щетинками, для фильтрации частиц пищи из текущей воды. [10] Большинство видов морских желудей являются фильтраторами, использующими свои сильно модифицированные ноги для просеивания планктона из воды. [11]

Также некоторые насекомые с водными личинками или нимфами являются фильтраторами во время своей водной стадии. Например, некоторые виды нимф поденок , [12] личинки комаров , [13] и личинки черных мух . [14] Вместо использования модифицированных конечностей или ротовых частей, некоторые личинки ручейников производят сети из шелка, используемые для фильтрации питания. [15]

Усатые киты

Ротовые пластины усатого кита

Усатые киты (Mysticeti), один из двух подотрядов китообразных ( киты, дельфины и морские свиньи), характеризуются наличием пластин уса для фильтрации пищи из воды, а не зубов. Это отличает их от другого подотряда китообразных, зубатых китов (Odontoceti). Подотряд состоит из четырех семейств и четырнадцати видов. Усатые киты обычно ищут скопление зоопланктона, проплывают через него, либо с открытым ртом, либо глотая, и фильтруют добычу из воды с помощью своих усиков. Усик представляет собой ряд из большого количества кератиновых пластин, прикрепленных к верхней челюсти, с составом, похожим на те, что в человеческих волосах или ногтях. Эти пластины имеют треугольное сечение, причем самая большая, обращенная внутрь сторона несет тонкие волоски, образующие фильтрующую матрицу. [16] Южные гладкие киты — медленные пловцы с большими головами и ртами. Их пластины уса узкие и очень длинные — до 4 м (13 футов) у гренландских китов  — и размещены внутри увеличенной нижней губы, которая надевается на изогнутую верхнюю челюсть. Когда правый кит плывет, передний зазор между двумя рядами пластин уса пропускает воду вместе с добычей, в то время как усы отфильтровывают воду. [16] Полосатики, такие как синий кит , напротив, имеют меньшие головы, являются быстрыми пловцами с короткими и широкими пластинами уса. Чтобы поймать добычу, они широко открывают нижнюю челюсть — почти на 90° — проплывают через стаю, глотая, при этом опуская язык так, что вентральные бороздки головы расширяются и значительно увеличивают количество поглощаемой воды. [16] Усатые киты обычно питаются крилем в полярных или субполярных водах летом, но также могут ловить стайную рыбу, особенно в Северном полушарии. Все усатые киты, за исключением серого кита , питаются вблизи поверхности воды, редко ныряя глубже 100 м (330 футов) или на длительные периоды. Серые киты живут на мелководье, питаясь в основном донными организмами, такими как амфиподы . [16]

Двустворчатые моллюски

Двустворчатые моллюски — водные моллюски , раковины которых состоят из двух частей . Обычно обе раковины (или створки) симметричны вдоль линии замков. Класс насчитывает 30 000 видов , включая гребешков , двустворчатых моллюсков , устриц и мидий . Большинство двустворчатых моллюсков являются фильтраторами (хотя некоторые занялись падальщиками и хищничеством), извлекая органические вещества из моря, в котором они живут. Нефридии , моллюсковая версия почек , удаляют отходы. Зарытые двустворчатые моллюски питаются, вытягивая сифон на поверхность. Например, устрицы втягивают воду через жабры с помощью биения ресничек . Взвешенная пища ( фитопланктон , зоопланктон , водоросли и другие водные питательные вещества и частицы) задерживаются в слизи жабр и оттуда транспортируются в рот, где они поедаются, перевариваются и выбрасываются в виде фекалий или псевдофекалий . Каждая устрица фильтрует до пяти литров воды в час. Ученые полагают, что некогда процветающая популяция устриц Чесапикского залива исторически отфильтровывала весь объем воды эстуария от избыточных питательных веществ каждые три или четыре дня. Сегодня этот процесс занял бы почти год [17] , а осадок, питательные вещества и водоросли могут вызвать проблемы в местных водах. Устрицы фильтруют эти загрязняющие вещества [18] и либо съедают их, либо формируют из них небольшие пакеты, которые оседают на дне, где они безвредны.

Двустворчатые моллюски перерабатывают питательные вещества, которые попадают в водные пути из человеческих и сельскохозяйственных источников. Биоэкстракция питательных веществ — это «стратегия управления окружающей средой, при которой питательные вещества удаляются из водной экосистемы посредством сбора улучшенной биологической продукции, включая аквакультуру моллюсков или водорослей, питающихся суспензией». [19] Удаление питательных веществ моллюсками, которые затем собираются из системы, имеет потенциал для решения экологических проблем, включая избыточное поступление питательных веществ ( эвтрофикация ), низкий уровень растворенного кислорода, снижение доступности света и воздействие на зостеру, вредоносное цветение водорослей и увеличение случаев паралитического отравления моллюсками (PSP). Например, средняя выловленная мидия содержит: 0,8–1,2% азота и 0,06–0,08% фосфора [20] Удаление улучшенной биомассы может не только бороться с эвтрофикацией, но и поддерживать местную экономику, предоставляя продукт для корма животных или компоста. В Швеции природоохранные организации используют разведение мидий в качестве инструмента управления для улучшения качества воды, где были оценены усилия по биологической экстракции мидий , которые показали себя как высокоэффективный источник удобрений и корма для животных [21]. В США исследователи изучают потенциал моделирования использования моллюсков и морских водорослей для смягчения последствий загрязнения в некоторых районах пролива Лонг-Айленд. [22]

Двустворчатые моллюски также широко используются в качестве биоиндикаторов для мониторинга состояния водной среды, как пресноводной, так и морской. Их популяционный статус или структура, физиология, поведение [23] или содержание в них определенных элементов или соединений могут выявить степень загрязнения любой водной экосистемы. Они полезны, поскольку они сидячие, что означает, что они хорошо представляют среду, в которой их берут или помещают (сажают 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.

Губки

Трубчатые губки привлекают мелких рифовых рыб

У губок нет настоящей кровеносной системы ; вместо этого они создают ток воды, который используется для циркуляции. Растворенные газы переносятся в клетки и попадают в клетки посредством простой диффузии . Метаболические отходы также переносятся в воду посредством диффузии. Губки перекачивают значительные объемы воды. Leuconia , например, является небольшой лейконоидной губкой около 10 см в высоту и 1 см в диаметре. Подсчитано, что вода поступает через более чем 80 000 впускных каналов со скоростью 6 см в минуту. Однако, поскольку Leuconia имеет более 2 миллионов жгутиковых камер, общий диаметр которых намного больше диаметра каналов, поток воды через камеры замедляется до 3,6 см в час. [24] Такая скорость потока позволяет легко захватывать пищу воротничковыми клетками. Вода выталкивается через один оскулюм со скоростью около 8,5 см/секунду: реактивная сила, способная уносить отходы на некоторое расстояние от губки.

Книдарии

У лунной медузы есть сетка волокон, которые медленно протягиваются сквозь воду. Движение настолько медленное, что веслоногие рачки не могут его почувствовать и не реагируют реакцией побега . [ нужна цитата ]

Другие фильтрующие книдарии включают морских перьев , морских вееров , перистых анемон и ксений . [ необходима ссылка ]

Оболочники

Оболочники всасывают воду через сифон, а затем выталкивают отфильтрованную воду через другой сифон.

Оболочники , такие как асцидии , сальпы и асцидии , являются хордовыми , которые образуют родственную группу позвоночным . Почти все оболочники питаются суспензией , захватывая планктонные частицы, фильтруя морскую воду через свои тела. Вода втягивается в тело через всасывающий буккальный сифон под действием ресничек, выстилающих жаберные щели. Отфильтрованная вода затем выталкивается через отдельный выдыхаемый сифон. Чтобы получить достаточно пищи, типичному оболочнику необходимо перерабатывать около одного объема воды в секунду. [25]

Птицы

Дугообразный клюв этого малого фламинго хорошо приспособлен для черпания со дна.

Фламинго фильтруют пищу, питаясь артемией . 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 волосатые структуры, называемые ламеллами , которые выстилают мандибулы , и большой язык с шероховатой поверхностью. [26]

Прионы — это специализированные буревестники с привычками фильтрования. Их название происходит от их пилообразных краев челюстей, используемых для поиска мелких планктонных животных. [27]

Вымерший лебедь Annakacygna , как предполагается, был фильтратором, поскольку его клюв по пропорциям похож на клюв широконоски . Он уникален тем, что является крупным, нелетающим морским животным, в отличие от более мелких, но все еще летающих фламинго и прионов.

Птерозавры

Традиционно Ctenochasmatoidea как группа причислялась к фильтраторам из-за их длинных, многочисленных тонких зубов, явно хорошо приспособленных для ловли добычи. Однако только Pterodaustro демонстрирует надлежащий насосный механизм, имея загнутые вверх челюсти и мощную мускулатуру челюстей и языка. У других ctenochasmatoidea они отсутствуют, и теперь вместо этого считается, что они были ловцами, похожими на колпицу , используя свои специализированные зубы просто для того, чтобы обеспечить большую площадь поверхности. Характерно, что эти зубы, хотя и маленькие и многочисленные, сравнительно неспециализированы по сравнению с похожими на ус зубами Pterodaustro . [28]

Считается, что бореоптеридам приходилось полагаться на своего рода рудиментарное фильтрующее питание, используя свои длинные, тонкие зубы для ловли мелкой рыбы, хотя, вероятно, у них отсутствовал насосный механизм Pterodaustro . По сути, их механизм добычи пищи был похож на механизм современных молодых Platanista " дельфинов ". [28] [29]

Морские рептилии

Фильтрующие привычки питания заметно редки среди мезозойских морских рептилий , основная ниша фильтрующего питания, по-видимому, занята рыбами -пахикормидами . Однако предполагается, что некоторые завропсиды занимались фильтрующим питанием. Henodus был плакодонтом с уникальными зубцами, похожими на усики, и особенностями подъязычной кости и челюстной мускулатуры, сопоставимыми с таковыми у фламинго. В сочетании с его озерной средой обитания он мог занимать похожую экологическую нишу. [30] [31] В частности, он, вероятно, был травоядным , отфильтровывая водоросли и другую мелкую флору из субстрата. [32] Stomatosuchidae — это семейство пресноводных крокодиломорфов с челюстями, похожими на челюсти полосатика, и крошечными зубами, а неродственный кайнозойский Mourasuchus имеет схожие адаптации. Hupehsuchia — это род причудливых триасовых рептилий, приспособленных к питанию суспензией. [33] Некоторые плезиозавры могли иметь привычки фильтровать воду. [34]

Смотрите также

Цитаты

  1. ^ H. Bruce Franklin (март 2006 г.). «Чистые потери: объявление войны менхаденам». Mother Jones . Получено 27 февраля 2009 г.Обширная статья о роли менхадена в экосистеме и возможных последствиях перелова.
  2. Эд. Райнер Фрезе и Дэниел Паули. "Rhincodon typus". FishBase . Получено 17 сентября 2006 г.
  3. ^ Мартин, Р. Эйдан. "Исследование эласмо". ReefQuest . Получено 17 сентября 2006 г.
  4. ^ "Китовая акула". Ихтиология в Музее естественной истории Флориды. Архивировано из оригинала 5 сентября 2006 года . Получено 17 сентября 2006 года .
  5. Bird, Christopher (28 октября 2014 г.). «Светящиеся в темноте акулы». Университет Саутгемптона . Получено 11 июня 2018 г.
  6. ^ ab C. Knickle; L. Billingsley; K. DiVittorio. «Биологические профили гигантской акулы». Музей естественной истории Флориды. Архивировано из оригинала 21 августа 2006 года . Получено 11 июня 2018 года .
  7. ^ Холл, Даниэль. «Огромная акула-фильтратор, о которой вы должны знать | Смитсоновский океан». ocean.si.edu . Получено 30 августа 2022 г.
  8. ^ Нейронная координация движения ресничек при движении и питании
  9. ^ Kils, U.: Swimming and foods of Antarctic Krill, Euphausia superba - some unusual energy and dynamics—some unique morphological details . В Berichte zur Polarforschung , Институт полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера , Специальный выпуск 4 (1983): "On the biology of Krill Euphausia superba ", Труды семинара и отчет Группы по экологии криля, редактор С. Б. Шнак, 130-155 и изображение титульного листа.
  10. ^ Вальдивия, Нельсон; Штотц, Вольфганг (2006). «Пищевое поведение порцелланидного краба Allopetrolisthes Spinifrons, симбионта актинии Phymactis Papillosa». Журнал биологии ракообразных . 26 (3): 308–315. doi : 10.1651/C-2607.1 .
  11. ^ "Acorn Barnacles". Совет полевых исследований. 2008. Получено 11 июня 2018 .
  12. ^ Срока, Павел; Станичек, Арнольд Х. (2022). «Эволюция фильтрующего питания у водных насекомых восходит к среднему триасу: новые данные по подёнкам (Insecta, Ephemerida) из Грес-а-Вольция, Вогезы, Франция». Статьи по палеонтологии . 8 (4). Bibcode : 2022PPal....8E1456S. doi : 10.1002/spp2.1456.
  13. ^ Робертс, Дерек (2014). «Личинки комаров меняют свое пищевое поведение в ответ на кайромоны от некоторых хищников». Журнал медицинской энтомологии . 51 (2): 368–374. doi : 10.1603/ME13129 . PMID  24724285.
  14. ^ Куртак, Дэниел С. (1978). «Эффективность фильтрационного питания личинок черных мух (Diptera: Simuliidae)». Канадский журнал зоологии . 56 (7): 1608–1623. doi :10.1139/z78-222.
  15. ^ Мейсон, Ричард (июнь 2020 г.). Зоогеоморфология личинок ручейников, строящих чехлы (PDF) (диссертация).
  16. ^ abcd Баннистер, Джон Л. (2008). "Усатые киты (Mysticetes)". В Перрин, Уильям Ф.; Вюрсиг, Бернд; Тевиссен, Дж. Г. М. (ред.). Энциклопедия морских млекопитающих . Academic Press. стр. 80–89. ISBN 978-0-12-373553-9.
  17. ^ "Устричные рифы: экологическое значение". Национальное управление океанических и атмосферных исследований США . Получено 11 июня 2018 г.
  18. ^ Сравнительная роль фильтраторов в экосистемах. Springer. Дордрехт, 359 стр.
  19. ^ NOAA. «Обзор биоэкстракции питательных веществ». Исследование пролива Лонг-Айленд.
  20. ^ Stadmark and Conley. 2011. Выращивание мидий как мера по снижению содержания питательных веществ в Балтийском море: рассмотрение биогеохимических циклов питательных веществ. Marine Pollution Bull. 62(7):1385-8
  21. ^ Lindahl O, Hernroth R., Kollberg S., Loo L.-O, Olrog L., Rehnstam-Holm A.-S., Svensson J., Svensson S., Syversen U. (2005). «Улучшение качества морской воды с помощью выращивания мидий: прибыльное решение для шведского общества». Ambio . 34 (2): 131–138. Bibcode :2005Ambio..34..131L. doi :10.1579/0044-7447-34.2.131. PMID  15865310. S2CID  25371433.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  22. ^ Миллер и Вандс. «Применение модели общесистемной эвтрофикации (SWEM) для предварительной количественной оценки сбора биомассы в качестве стратегии контроля питательных веществ для пролива Лонг-Айленд» (PDF) . Hydroqual, Inc.
  23. ^ "поведение". Архивировано из оригинала 13 ноября 2016 года . Получено 25 января 2014 года .
  24. См. Хикман и Робертс (2001) Интегрированные принципы зоологии – 11-е изд., стр. 247.
  25. ^ Рупперт, Эдвард Э.; Фокс, Ричард, С.; Барнс, Роберт Д. (2004). Беспозвоночная зоология, 7-е издание . Cengage Learning. стр. 940–956. ISBN 978-81-315-0104-7.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  26. ^ Карнаби, Тревор (2010) [2008]. Ходить вокруг да около: Птицы. Jacana. стр. 456. ISBN 978-1-77009-241-9.
  27. ^ Gotch, AF (1995) [1979]. «Альбатросы, глупыши, буревестники и буревестники». Объяснение латинских названий. Руководство по научной классификации рептилий, птиц и млекопитающих. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Факты в архиве. С. 191–192. ISBN 0-8160-3377-3.
  28. ^ ab Wilton, Mark P. (2013). Птерозавры: естественная история, эволюция, анатомия . Princeton University Press. ISBN 978-0691150611.
  29. ^ Pilleri G., Marcuzzi G., Pilleri O. (1982). «Видообразование в Platanistoidea, систематические, зоогеографические и экологические наблюдения за современными видами». Исследования по китообразным . 14 : 15–46.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  30. ^ Риппель, О. (2002). Механизмы питания триасовых стволовых завроптеригиев: анатомия успешного вторжения в мезозойские моря. Зоологический журнал Линнеевского общества, 135, 33-63
  31. ^ Naish D (2004). "Ископаемые объяснены 48. Плакодонты". Geology Today . 20 (4): 153–158. Bibcode : 2004GeolT..20..153N. doi : 10.1111/j.1365-2451.2004.00470.x. S2CID  128475420.
  32. ^ Чун, Ли; Риппель, Оливье; Лонг, Ченг; Фрейзер, Николас К. (май 2016 г.). «Самая ранняя травоядная морская рептилия и ее замечательный челюстной аппарат». Science Advances . 2 (5): e1501659. Bibcode : 2016SciA....2E1659C. doi : 10.1126/sciadv.1501659. PMC 4928886. PMID  27386529 . 
  33. ^ Sanderson SL, Wassersug R. (1990). «Позвоночные, питающиеся суспензией». Scientific American . 262 (3): 96–101. Bibcode : 1990SciAm.262c..96S. doi : 10.1038/scientificamerican0390-96.
  34. ^ "Машины плезиозавров XI: Конвейерная лента для имитации крабового мяса и фильтрующий плезиозавр". 25 июля 2015 г. Получено 11 июня 2018 г.
  35. ^ Грегорич, Матяж; Кутняк, Денис; Бачник, Катарина; Гостинчар, Сене; Пецман, Аня; Равникар, Майя; Кунтнер, Матяж (16 мая 2022 г.). «Паутина как пробоотборник эДНК: оценка биоразнообразия на всем дереве жизни». Ресурсы молекулярной экологии . 22 (7). Уайли: 2534–2545. дои : 10.1111/1755-0998.13629. ISSN  1755-098Х. PMID  35510791. S2CID  248527088.

Общие и цитируемые ссылки

Внешние ссылки