最も小さな吸引フィーダーであるブラッ ドウイルカは、慣性に支配された流れを発生させて獲物を捕獲している

Bladderworts, the smallest known suction feeders, generate inertia-dominated flows to capture prey.

• Ulrike K Müller
• Otto Berg
• Janneke M Schwaner
• Matthew D Brown
• Gen Li
• Cees J Voesenek
• Johan L van Leeuwen

抄録

水生ブラダーウィート（Utriculariagibba と U.australis）は、機械的に作動する水中トラップで動物プランクトンを捕獲する。これは、粘性のある力によって高速でエネルギー効率の高い吸引流が発生しないクリーピングフロー領域では効果的ではないメカニズムである。本研究では、小型のクロホシイトラップで吸引フィーディングを可能にしているメカニズムを理解するために、実験的に（粒子画像流速計測を用いて）、また数学的に（計算流体力学と解析的数学モデルを用いて）その吸引流の特徴を明らかにした。本研究では、クロホシイトラップが強力な吸引圧力を発生させることで、クリーピングフローの悪影響を回避できることを示した。その結果、トラップは3つの形態的適応を利用していることが示唆された。すなわち、トラップ壁が弾性エネルギーを素早く放出することで、強力で一定の吸引圧力を確保していること、トラップ扉が素早く開くことで、効果的に瞬時に吸引を開始できること、トラップにつながる流路が短いことで、未発達な流れを確保し、流路の有効径を広く維持していることである。ブラダーワートラップは、トラップの吸引圧力がかなり強いため、同じようなゲープサイズの幼魚よりもはるかに強い吸引力を発生させます。しかし、ブラッ ドウイルカの強力な吸引力は、かなりのエネルギーを必要とする。

Aquatic bladderworts (Utricularia gibba and U. australis) capture zooplankton in mechanically triggered underwater traps. With characteristic dimensions less than 1 mm, the trapping structures are among the smallest known to capture prey by suction, a mechanism that is not effective in the creeping-flow regime where viscous forces prevent the generation of fast and energy-efficient suction flows. To understand what makes suction feeding possible on the small scale of bladderwort traps, we characterised their suction flows experimentally (using particle image velocimetry) and mathematically (using computational fluid dynamics and analytical mathematical models). We show that bladderwort traps avoid the adverse effects of creeping flow by generating strong, fast-onset suction pressures. Our findings suggest that traps use three morphological adaptations: the trap walls' fast release of elastic energy ensures strong and constant suction pressure; the trap door's fast opening ensures effectively instantaneous onset of suction; the short channel leading into the trap ensures undeveloped flow, which maintains a wide effective channel diameter. Bladderwort traps generate much stronger suction flows than larval fish with similar gape sizes because of the traps' considerably stronger suction pressures. However, bladderworts' ability to generate strong suction flows comes at considerable energetic expense.

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