神奇啊！發現四處移動的活有機體，與地球的引力場排成一條直線！

2020-10-18 博科園

文章來自：博科園官網（www.bokeyuan.net）

從眩目的畸變到自湍流流體，「主動系統」包含了一大類現象，在這些現象中，單個物體推動自己前進，使它們能夠顯示出有趣的集體行為。在微觀尺度上，它們被發現在一群通過蠕動而四處移動的活有機體中，由於它們底部沉重的質量分布，它們與地球的引力場排成一條直線。柏林工業大學Felix Rühle和Holger Stark發表在《歐洲物理雜誌》期刊上的研究發現：

根據它們的性質，這些物體共同在兩種狀態中度過了大部分時間，在這兩種狀態之間可能會出現一些有趣的行為。可以幫助解釋某些微生物群體的神秘特性，包括有時在沿海地區發現的浮遊植物薄膜，以及形成「跳舞」叢生的藻類。研究發現，這些集體行為是由自我推進的物體在重力作用下向上遊的能力以及它們底部重量程度決定。對於較低的數值，遊泳者群體會像不活躍的塵埃顆粒一樣下沉到容器的底部。

但數值較高的會聚集在容器頂部，在這些狀態之間，較小的遊泳者群聚集在底部，由下沉的粒子羽狀物提供食物。此外，可以形成多孔的遊泳者集群，使單個粒子得以逃逸。Rühle和Stark通過對流體中約900個底部蠕動物體進行計算機模擬，得出了他們的發現。通過先進技術，研究人員能夠解釋遊泳者之間的任何相互作用，以及流體本身的性質。其研究結果現在為研究受重力影響的活性系統特性提供了令人著迷的新見解。

並可能幫助生物學家更好地理解某些微生物在自然生態系統中的作用。用多粒子碰撞動力學方法對在低雷諾數重力作用下蠕動的微泳者系統進行水動力模擬。此外，蠕動的底部很重，所以它們會感受到一個扭矩，使它們沿著垂直方向對齊。蠕動裝置通過分別由作用力和扭矩以及各自流場啟動的小託架和小託盤的流場進行流體動力相互作用。通過改變遊動與整體沉降速度之比和扭矩，研究確定了中性蠕動和強力推拉器集體動力學的狀態圖。

對於較低的遊速和扭矩，觀察到常規的沉降，而隨著它們值的增加，沉降剖面變得反轉。對於中性蠕動，在兩種沉降狀態之間發現了循環蠕動的對流卷，它們位於系統的底部，由集體下沉蠕動形成的羽流供給。在較大的扭矩下，會出現多孔團簇，從而產生單一的蠕動。後兩種狀態也可以從均勻的蠕動分布開始瞬間出現，然後在長時間內消失，對於強推進器和強拉動器，只觀察到弱羽流的形成。

博科園｜研究/來自：Springer

研究發表期刊《歐洲物理雜誌》

DOI: 10.1140/epje/i2020-11949-8

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