海洋研究が巨大ヒゲクジラがどのようにして小さな生物を濾過するのかを調査

歯のない巨大なヒゲクジラは、海水を飲み込んだ後、何千ポンドもの小さなエビをどうやってろ過するのでしょうか？

カリフォルニア州立大学フラートン校の博士研究員シレル・カハネ・ラポート氏は、これら濾過摂食動物の生体力学と、動物プランクトンや小魚などの餌を海水から濾過するためにヒゲ板をどのように使用するかを詳しく調べている。 その答えは、より優れた工業用濾過システムにつながる可能性があります。

カハネ・ラポールは、生物科学の准教授であるミスティ・ペイグ・トランの指導の下で研究を行っています。 ペイグトラン氏の FABB (機能解剖学、生体力学、生体材料) 研究室では、解剖学と工学技術を組み合わせて、海洋動物のパフォーマンスに関する生物学的疑問に答えています。

「ヒゲクジラは魅力的です。しかし、地球上で最大かつ最もカリスマ性のある動物について、私たちがほとんど知らないのは驚くべきことです」とペイグトラン氏は語った。 「大きな動物が小さな生物をどのように濾過するかを研究することで、人間が使用するためのより優れた、より効率的なフィルターを構築するための大きな洞察が得られます。」

主任研究者のカハネ・ラポート氏は、2021年6月に博士号を取得したスタンフォード大学とワシントン大学の研究者と共同でこの研究を実施している。

彼らの研究は、体の大きさが、ヒゲクジラの仲間である 5 種のローカルの水流と獲物の捕獲に関わる生体力学と解剖学的構造にどのような影響を与えるかを明らかにすることを目的としています。 この特定のクジラ科は、シロナガスクジラ（すべてのクジラの中で最大で史上最大の動物）、ナガスクジラ、ザトウクジラ、コククジラ、ミンククジラで構成されています。

7月上旬、カハネ・ラポール氏はフランスのモンペリエで開催された実験生物学協会の国際会議で研究を発表した。 8月にはフロリダ州パームビーチで開催される海洋哺乳類学会のカンファレンスで発表する予定だ。

彼女は最近、国立科学財団の生物学におけるポスドク研究フェローシップを受賞し、今後 2 年間 CSUF で研究を続けることになりました。 彼女の研究には、ペイグトランと協力して、マンタのような他の大型の濾過餌動物の生体力学に関する研究も含まれています。

ヒゲクジラには、人間の爪や髪の毛と同じタンパク質であるケラチン状の口腔組織があり、クジラの口の天井から左右対称の棚状に垂れ下がっているとカハネ・ラポール氏は説明した。 大きなケラチン プレートは唇の近くに配置され、小さなケラチン プレートは舌の近くに配置されます。 クジラが大量の海水を飲み込むと、髪の毛のようなヒゲが水中の餌をこし、つまり濾過します。

「ヒゲ板の端がほつれて毛、つまりフリンジとなり、それらが絡み合って密なマットを形成する。このマットにより、飲み込まれた膨大な量の水を口と拡張した喉から流出させることができ、捕獲した獲物を保持することができる」とカハネ氏は付け加えた。ラポール博士の博士研究は大型のろ過食クジラに焦点を当てていた。 「私たちはこのプロセスの仕組みを理解していません。」

彼女の研究は査読付きの科学雑誌に掲載するために提出されており、ケラチン板の厚さ、長さ、大きさ、各板の間の空間など、ヒゲのさまざまな特徴を調べた。

「私たちが測定したこれらの特徴は、種間で大きく異なることがわかりました。これらは異なる種であるため、これは予想されることかもしれませんが、私たちの研究はこれを統計的証拠で示しています」と彼女は言いました。

研究者にとって、ヒゲクジラの濾過を研究する上でより複雑な側面の 1 つは、水がどのようにフィルターを通過するかを理解することです。

「フィルターを研究するときは、まず水が通過する穴（細孔と呼ばれる）のサイズを計算します。その後、フィルターを通る水の流れの体積と速度を決定できます」と彼女は語った。

「ヒゲクジラの場合、フィルターはヒゲの板から出てくる毛が絡み合ったマットです。このマットには明確なパターン、構造、孔がないため、研究者たちはこのフィルターの体積と速度を計算することができませんでした。」 」

研究のために、研究者らは毛マットの CT スキャンを作成しました。 特殊な CT ソフトウェアと、工業用フィルターのエンジニアがよく使用する方程式を使用して、毛の間に現れる小さな隙間をすべて計算し、それらを合計しておおよその累積細孔サイズを算出することができました。

「シロナガスクジラやナガスクジラなどの大型のクジラは、ザトウクジラなどの小型のクジラよりも孔のサイズが小さいことがわかりました」とカハネ・ラポール氏は語った。 「その結果、私たちの研究は、これらの巨大な種によって効率的にろ過され、処理される大量の水をヒントにして、現在の人工ろ過システムを改善するために使用できるフィルターの設計につながる可能性があります。」

この研究はまた、科学者にこれらの生態学的に重要な動物の摂食メカニズムについてのより深い理解を提供します。 さらに、彼らの研究は、マイクロプラスチックを含む水中の汚染物質など、人為的な脅威によってクジラが直面するリスクにも取り組んでいます。

「ヒゲクジラは生態学的に重要な動物であり、ヒゲクジラをより深く理解することで、海洋生物だけでなく人間の生活も改善することができます。」