فیلتراسیون؛ رقص نامرئی زندگی در آب
فیلتراسیون چیست و چگونه کار می‌کند؟
تصور کنید یک صدف در کف اقیانوس نشسته است. چگونه غذا می‌خورد؟ او دهان ندارد که به دنبال شکار بدود! بلکه با باز کردن پوسته‌اش، آب دریا را به داخل بدنش می‌مکد. این آب پر از موجودات ریز و ذرات غذایی بسیار کوچک به نام ذرات معلق آلی1 است. صدف این آب را از میان یک سری ساختار مخصوص، شبیه به توری یا صافی، عبور می‌دهد. این ساختارها که پرده آبششی نام دارند، ذرات غذا را به دام می‌اندازند و آب تصفیه شده را به بیرون بازمی‌گردانند. سپس صدف ذرات به دام افتاده را به سمت دهانش هدایت می‌کند. به این روش تغذیه، فیلتراسیون یا تغذیه با صافی می‌گویند.
این فرآیند را می‌توان با یک صافی چای مقایسه کرد. شما مخلوط آب و برگ چای را از صافی عبور می‌دهید. صافی مانع از عبور برگ‌ها می‌شود و فقط مایع چای از آن رد می‌شود. در طبیعت، موجودات فیلترکننده نقش همان صافی را بازی می‌کنند.
انواع مختلف فیلترفیدرها در طبیعت
موجودات فیلترکننده در اندازه‌ها و شکل‌های بسیار متفاوتی وجود دارند؛ از کوچک‌ترین موجودات دریایی تا بزرگ‌ترین پستانداران کره زمین!
| گروه | مثال‌های معروف | روش فیلتراسیون |
|---|---|---|
| نرم‌تنان (صدف‌ها) | صدف خوراکی، صدف دوکفه‌ای | استفاده از آبشش‌های مژه‌دار برای ایجاد جریان آب و به دام انداختن ذرات |
| پستانداران دریایی | وال آبی، وال گوژپشت | بلعیدن حجم عظیمی از آب و فیلتر کردن آن از طریق صفحات بالنی |
| سخت‌پوستان | میگو، krill (کریل) | استفاده از پاهای مخصوص و رشتهمانند برای جمع‌آوری ذرات از آب |
| پلانکتون‌های گیاهی | دیاتومه‌ها، دینوفلاژله‌ها | جذب مواد مغذی محلول در آب از طریق سطح بدن (اسمز) |
ریاضیات پشت فیلتراسیون: کارایی یک صدف
موجودات فیلترکننده چقدر در کار خود مهارت دارند؟ می‌توانیم با یک محاسبه ساده به این موضوع پی ببریم. یک صدف دوکفه‌ای معمولی می‌تواند در هر ساعت، حجم زیادی آب را فیلتر کند. اگر سرعت پمپاژ آب و اندازه منافذ صافی آن را بدانیم، می‌توانیم میزان غذای به دست آمده را تخمین بزنیم.
فرمول ساده‌ای برای محاسبه حجم آبی که یک صدف در روز فیلتر می‌کند:
$V = r \times t$
در این فرمول:
$V$ = حجم کل آب فیلتر شده (لیتر)
$r$ = نرخ فیلتراسیون (لیتر در ساعت)
$t$ = زمان (ساعت)
برای مثال، اگر یک صدف بتواند در هر ساعت 2 لیتر آب را فیلتر کند، در یک روز (24 ساعت):
$V = 2 \times 24 = 48$ لیتر
این بدان معناست که یک صدف کوچک، روزانه حدود 48 لیتر آب را پاکسازی می‌کند! حالا تصور کنید یک صدف‌زار بزرگ با هزاران صدف چقدر می‌تواند برای زلال کردن آب دریا مفید باشد.
فیلترفیدرها؛ قهرمانان نامرئی پاکسازی آب
اهمیت موجودات فیلترکننده فقط به تغذیه خودشان محدود نمی‌شود. آن‌ها مانند یک سیستم تصفیه آب طبیعی و رایگان برای کل اکوسیستم عمل می‌کنند. برای مثال، جمعیت زیادی از صدف‌های دوکفه‌ای در یک خلیج کوچک می‌توانند تمام آب آن خلیج را در مدت کوتاهی فیلتر و از وجود جلبک‌های اضافی و ذرات کدر پاک کنند. این کار باعث شفافیت آب و نفوذ بهتر نور خورشید به اعماق می‌شود که برای رشد گیاهان آبزی و سلامت کلی محیط بسیار مهم است. به همین دلیل است که کاهش جمعیت این موجودات به دلیل آلودگی آب یا صید بی‌رویه، می‌تواند به سرعت منجر به کدر شدن آب و رشد بی‌رویه جلبک‌ها شود.
پرسش‌های متداول و باورهای نادرست
خیر، وال‌های فیلترکننده آب نمی‌خورند. آن‌ها برای به دام انداختن هزاران ماهی کوچک یا سخت‌پوست (مانند کریل)، حجم عظیمی از آب دریا را به داخل دهان خود می‌مکند. سپس با استفاده از صفحات بالنی، آب را با فشار از لا به لای دندان‌هایشان به بیرون می‌دهند و فقط طعمه‌ها در دهانشان باقی می‌مانند.
بله، اسفنج‌ها یکی از قدیمی‌ترین و کارآمدترین فیلترفیدرهای کره زمین هستند. آن‌ها با ایجاد جریان آب از طریق سوراخ‌های ریز روی بدن خود (Ostia)، باکتری‌ها و ذرات ریز غذایی را به دام می‌اندازند.
خیر، در آب‌های شیرین نیز موجودات فیلترکننده زیادی زندگی می‌کنند. انواع خاصی از صدف‌های آب شیرین، کپورهای خاص و حتی لارو حشراتی مانند پشه، از فیلتراسیون برای تغذیه در رودخانه‌ها و دریاچه‌ها استفاده می‌کنند.
پاورقی
1 ذرات معلق آلی (Particulate Organic Matter - POM): به تکه‌های بسیار ریز و معلق مواد گیاهی، جانوری یا فضولات در آب گفته می‌شود که منبع غذایی برای فیلترفیدرها محسوب می‌شوند.
2 صفحات بالنی (Baleen Plates): صفحاتی شاخی و رشته‌ای مانند که از سقف دهان وال‌های بدون دندان آویزان است و مانند یک صافی غول‌پیکر عمل می‌کند.
3 کریل (Krill): موجودات کوچک و میگومانندی که یکی از اصلی‌ترین منابع غذایی در اقیانوس‌ها و غذای مورد علاقه وال‌های بالنی هستند.