Investigación marina se sumerge en cómo las ballenas barbadas gigantes filtran organismos diminutos

¿Cómo las ballenas barbadas gigantes y desdentadas filtran miles de libras de diminutos camarones después de tragar agua de mar?

La becaria postdoctoral de Cal State Fullerton, Shirel Kahane-Rapport, se está sumergiendo en la biomecánica de estos alimentadores por filtración y cómo usan placas de barbas para filtrar alimentos, como zooplancton y peces pequeños, del agua de mar. Las respuestas podrían conducir a mejores sistemas de filtración industrial diseñados.

Kahane-Rapport está realizando su estudio bajo la tutela de Misty Paig-Tran, profesora asociada de ciencias biológicas. El laboratorio FABB (anatomía funcional, biomecánica y biomateriales) de Paig-Tran utiliza una combinación de técnicas de anatomía e ingeniería para responder preguntas biológicas sobre el rendimiento en animales marinos.

"Las ballenas barbadas son fascinantes. Pero es sorprendente lo poco que sabemos sobre algunos de los animales más grandes y carismáticos del planeta", dijo Paig-Tran. "Estudiar cómo los animales grandes filtran los organismos diminutos nos brinda una gran perspectiva para construir filtros mejores y más eficientes para uso humano".

La investigadora principal Kahane-Rapport está realizando el estudio en colaboración con investigadores de la Universidad de Stanford, donde obtuvo su doctorado en junio de 2021, y la Universidad de Washington.

Su investigación tiene como objetivo definir cómo el tamaño del cuerpo afecta la biomecánica y las estructuras anatómicas involucradas en el flujo de agua y la captura de presas de cinco especies de rorcuales, una familia de ballenas barbadas. Esta familia particular de ballenas consiste en la ballena azul (la más grande de todas las ballenas y el animal más grande de todos los tiempos), la ballena de aleta, la ballena jorobada, la ballena gris y la ballena minke.

A principios de julio, Kahane-Rapport presentó su investigación en la conferencia internacional de la Sociedad de Biología Experimental en Montpellier, Francia. En agosto, se presentará en la conferencia de la Sociedad de Mamología Marina en Palm Beach, Florida.

Recientemente recibió una beca de investigación posdoctoral en biología de la Fundación Nacional de Ciencias para continuar su investigación en CSUF durante los próximos dos años. Su investigación también incluye trabajar con Paig-Tran en la biomecánica de otros grandes animales que se alimentan por filtración, como las mantarrayas.

Las ballenas barbadas tienen un tejido oral queratinoso, la misma proteína que la uña y el cabello de un ser humano, que cuelga del techo de la boca de la ballena en rejillas bilateralmente simétricas, explicó Kahane-Rapport. Las placas de queratina más grandes se colocan cerca del labio y las placas más pequeñas están más cerca de la lengua. Cuando la ballena traga grandes cantidades de agua de mar, las barbas con forma de cabello filtran la comida del agua.

"Los bordes de la placa de las barbas se deshilachan en pelos, o flecos, que se entrelazan, creando una densa estera. Esta estera permite que la enorme cantidad de agua engullida fluya fuera de la boca y la garganta expandida, y retiene a las presas capturadas", agregó Kahane- Rapport, cuyos estudios de doctorado se centraron en las grandes ballenas que se alimentan por filtración. "No entendemos la mecánica de este proceso".

Su estudio, que se envió para su publicación en una revista científica revisada por pares, examinó diferentes características de las barbas, como el grosor, la longitud y el tamaño de las placas de queratina y los espacios entre cada placa.

"Descubrimos que estas características que medimos eran muy diferentes entre las especies. Esto es algo que cabría esperar porque son especies diferentes, pero nuestro estudio muestra esto con evidencia estadística", dijo.

Para los investigadores, uno de los aspectos más complicados del estudio de la filtración de las ballenas barbadas es comprender cómo pasa el agua a través del filtro.

"Al estudiar un filtro, primero calcula el tamaño del orificio, conocido como poro, por el que pasa el agua. Luego, puede determinar el volumen y la velocidad del flujo de agua a través del filtro", transmitió.

"En el caso de las ballenas con barbas, el filtro es una maraña de cerdas enredadas que emergen de las placas de las barbas. Esta alfombra no tiene un patrón, una estructura o un poro claros, por lo que los investigadores no han podido calcular el volumen y la velocidad de este filtro. "

Para su estudio, los investigadores generaron tomografías computarizadas de la estera de cerdas. Utilizando un software CT especializado y una ecuación utilizada con más frecuencia por los ingenieros de filtros industriales, pudieron calcular todos los pequeños espacios que aparecen entre las cerdas y sumarlos para crear un tamaño de poro acumulativo aproximado.

"Descubrimos que las ballenas más grandes, las ballenas azules y las ballenas de aleta, tenían tamaños de poro más pequeños que las ballenas más pequeñas, como las ballenas jorobadas", dijo Kahane-Rapport. "Como resultado, nuestra investigación podría conducir al diseño de un filtro que se puede usar para mejorar los sistemas de filtración hechos por el hombre actuales, inspirados en las cantidades masivas de agua filtradas de manera eficiente procesadas por estas especies gigantes".

Este estudio también proporciona a los científicos una mayor comprensión de los mecanismos de alimentación de estos animales ecológicamente importantes. Además, su trabajo aborda los riesgos que enfrentan las ballenas por las amenazas causadas por el hombre, como los contaminantes en el agua, incluidos los microplásticos.

"Las ballenas barbadas son animales importantes desde el punto de vista ecológico y, al entenderlas mejor, podemos mejorar no solo la vida en el océano, sino también la vida humana".