Effektiver Futter-Filter - wissenschaft.de
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Effektiver Futter-Filter

Foto: Steve Kajiura

Besser etwas abgeschaut als schlecht selbst gemacht: Das einzigarte Filtersystem des Mantarochens kann sich der Mensch bei der Abwasserreinigung oder im Kampf gegen Mikroplastik in den Meeren zunutze machen. Wasser strömt durch das aufgesperrte Maul des schwimmenden Mantarochens, dabei filtert er über die Kiemen kleine Fische und Plankton heraus und stößt das Wasser wieder aus.

Auf Futtersuche geht der Mantarochen in den tropischen Gewässern des Indischen Ozeans, des Atlantiks und Pazifiks. Der Riesenmanta (Mobula birostris, oben im Bild) aus der Familie der Teufelsrochen ist der größte Rochen weltweit und kann eine Spannweite zwischen fünf und sieben Metern erreichen – die längste gemessene Weite betrug neun Meter. Er wiegt durchschnittlich 1,5 Tonnen und lebt rund 20 Jahre. Während die Anatomie des Mantarochens bekannt und verständlich ist, war der Filtermechanismus – die Kiemenreuse – bisher nicht erklärbar.

Beim Riesenmanta besteht die Kiemenreuse aus langen parallelen Reihen von blattförmigen Filterlappen, zwischen denen sich Poren befinden. Das Erstaunliche an diesem Filter: Selbst kleine Meerestiere, die durch diese Poren schlüpfen könnten, landen im Magen des Mantarochens. Zugleich verstopft der Filter nicht.

Wasserwirbel schleudern das Futter in den Magen

Um den Futter-Filter genau zu untersuchen, entwickelten Raj V. Divi und seine Kollegen von der California State University ein 3D-Modell und ließen es mit gefärbtem Wasser durchströmen. Die Forscher stellten fest, dass sich der Wasserstrom an den Rändern der Filterlappen trennt und so Wirbel innerhalb der Poren entstehen. Divi und Co gaben nun Partikel hinzu, die Plankton repräsentierten: Durch die Wirbel rutschten die Partikel nicht durch die Poren, sondern prallten von den Filterlappen ab. Während der eine Wasserstrom durch die Poren der Kiemenreuse hindurchfließt, bleiben die Partikel im anderen Wasserstrom und landen schließlich im Magen des Rochens.

Die Kiemenreuse funktioniert demnach anders als klassische Filter, wie beispielsweise ein Sieb: Beim Sieben müssen die Poren kleiner sein als die Partikel, die aufgefangen werden sollen.

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Das Filtersystem des flachen Fischs funktioniert aber nur, wenn eine gewisse Fließgeschwindigkeit erreicht ist: Im Maul eines Mantarochens beträgt diese ungefähr 60 Zentimeter pro Sekunde. Im Versuch zeigte sich, dass sie mindestens 30 Zentimeter pro Sekunde betragen muss.

Industrielle Nutzung und effektiver Tierschutz

Der Mantarochen-Mechanismus ist interessant für die industrielle Nutzung, da er auch schnell strömendes Wasser effizient und ohne zu verstopfen filtert. Denn klassische Filter müssen zeit- und kostenaufwendig gereinigt werden.

Das Forscherteam gibt in seinen Schlussfolgerungen zu Bedenken, dass ein Verständnis für den Filtermechanismus der Mantarochen über die industrielle Nutzung hinaus wichtig ist, um Schutzmaßnahmen für diese Tiere zu verbessern und sie in ihren Lebensräumen zu bewahren. Divi und seine Kollegen veröffentlichten ihre Studie im Fachjournal Science Advances.

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