导致鱼类鳃部气体交换增强的最优形态计量因子
摘要
鱼鳃是自然中存在的最原始的气体/溶质交换器官之一，具有最高的通气量。此种性能归因于鳃的功能单元——次级鳃小片——其甚至能在极低分压下从环境中提取氧气。数个世纪以来，鳃一直是最简单却优雅的气体/溶质交换器官之一。尽管已有关于鱼鳃各种形态计量因子对气体/溶质交换能力影响的研究报道，但对于是什么使鱼鳃成为优异的气体/溶质交换系统仍理解有限。因此，在当前研究中，我们从理论上研究了已知在气体/溶质交换中起作用的数个结构与参数比值随鱼体重的变化。此后，通过对次级鳃小片的二维模型进行对流-扩散输运的建模与仿真，来研究影响鳃性能的不同因子。两项研究（理论与计算）所得结果彼此吻合良好。因而，我们的研究表明鱼鳃在多个长度尺度上优化了参数比值，经演化形成了具有增强质量输运能力的器官。此外，我们的研究还强调了初级与次级鳃小片长度、次级鳃小片表面积及鳃小片间距对鱼鳃气体/溶质交换能力的作用。因此，这些明确的形态参数与参数比值可在未来被用于设计和开发高效的气体/溶质交换微器件。
引用
@article{arxiv.1805.07744,
title = {Optimal morphometric factors responsible for enhanced gas exchange in fish gills},
author = {Prasoon Kumar and Prasanna S Gandhi and Mainak Majumder},
journal= {arXiv preprint arXiv:1805.07744},
year = {2018}
}
备注
18 pages, 7 figures, A part of results published as Kumar P, P S Gandhi, M Majumder, Design and fabrication of thin microvascularised polymer matrices inspired from secondary lamellae of fish gills,""Bioinspiration, Biomimetics, and Bioreplication VI", an international conference, SPIE/NDE, (Las Vegas, USA), 9797-40, 2016