多尺度生物物理模型揭示纤毛晶格中的量子化异时波
软凝聚态物质
2022-01-28 v1 经典物理
流体动力学
摘要
运动纤毛是细长毛发状的细胞附属物，在内部分子马达的作用下自发振荡，通常以密集阵列形式存在。这些活性细丝协调其拍动以产生异时波，从而驱动长程流体输运和运动。迄今为止，我们对它们集体行为的理解主要来自对最小模型的研究，这些模型粗粒化了相关的生物物理学和细长结构的流体动力学。在此，我们基于一个详细的生物物理模型，阐明了从单个纤毛内部纳米尺度的马达活动到毫米尺度异时波涌现的过程。我们对存在流体动力学和空间位阻相互作用的一维纤毛晶格的研究揭示了异时波如何形成和维持。我们发现，在均匀的纤毛床中，这些相互作用导致多个吸引态，所有这些态都由一个守恒的整数荷表征。这甚至使我们能够设计导致可预测涌现态的初始条件。最后，也是非常重要的一点，我们表明，在非均匀的纤毛组织中，边界和不均匀性为异时波提供了一条稳健的产生途径。
引用
@article{arxiv.2108.01693,
title = {A multiscale biophysical model gives quantized metachronal waves in a lattice of cilia},
author = {Brato Chakrabarti and Sebastian Fürthauer and Michael J. Shelley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.01693},
year = {2022}
}