Ögonblicksbilder av ett par squirmers som utför kopplade svängningar ovanför bottenväggen. Simuleringarna använde parametrarna α=0,8α=0,8 och r0 /Ra=0,16. Kredit:The European Physical Journal E (2022). DOI:10.1140/epje/s10189-022-00183-5
Förståelsen av klustring och rörelse hos mikrosimmare har en rad tillämpningar från människors hälsa till att hantera ekologiska problem.
Mikrosimmare är biologiska enheter som sträcker sig från spermier till växtplankton till bakterier, vilket betyder att deras studie kan få konsekvenser för vetenskapsområden så olika som människors hälsa och ekologi.
En ny artikel publicerad i European Physical Journal E tittar på dynamiken hos mikrosimmare under gravitationen. Den är författad av ett team från Institutet för teoretisk fysik vid Berlins tekniska högskola:Felix Rühle, Arne W. Zantop och Holger Stark.
"Min handledare professor Holger Stark och vårt team har länge varit intresserade av mikrosimmares kollektiva beteende", säger Rühle. "Inom detta område är mönster som bildas av biologiska organismer, såsom alger och bakterier, kända som biokonvektion."
Som ett exempel pekar Rühle på algfläckar i havet som kan vara ett ekologiskt problem.
Teamet fokuserar på squirmers en modell för en sfärisk mikrosimmare som simmar i Stokes flow — för att identifiera olika dynamiska tillstånd för sådana system.
"För det här projektet var vi intresserade av en specifik typ av mönsterbildning som sker under gravitationen —simmare omorienterar varandra förmedlat av flödesfältet de skapar i vätskan", fortsätter Rühle. "Men samtidigt har de en tendens att peka uppåt — antiparallellt med gravitationen. Rörelsen som styrs av en kombination av dessa effekter kallas gyrotaxis, och vi visar hur och när kluster bildas under dessa förhållanden i numeriska simuleringar. "
Även om biokonvektion kan ha många möjliga orsaker, såsom diffusion av syre, tillgång till solljus eller turbulenta flöden, förklarar Rühle att teamets simuleringar visar att två "ingredienser" är tillräckliga för att kluster ska bildas. Dessa är gravitation och hydrodynamiska interaktioner med styrkan hos det omorienterande gravitationsmomentet — som uppstår på grund av att masscentrum ligger under den geometriska centrum , kontrollerar storleken på klustren.
"Denna insikt främjar vår förståelse av biologiska mönster i allmänhet", avslutar Rühle. + Utforska vidare
