快速行为转换导致浮游微游动者的混沌混合

尽管形态高度多样，许多无脊椎动物具有相似的幼虫形态，其特征是纤毛带——即受神经支配的拍动纤毛阵列，促进游泳与摄食。流体动力学表明，这些纤毛带应严格限制幼虫可用的行为策略；然而，它们明显的普遍性暗示这些带也赋予了显著的适应优势。在此，我们利用流体动力学技术研究了“闪烁”现象，这是一种在许多无脊椎动物幼虫中观察到的不寻常行为现象，其中身体各处的纤毛带快速改变拍动方向并产生局部流场的瞬态重排。通过结合海星幼虫定量实验的通用理论模型，我们发现幼虫闪烁的自然节律由于瞬态流线交叉，在流体动力学上最优地诱导了局部流体环境的强混合，从而最大化幼虫的总体摄食率。我们的结果与先前的假设一致，即滤食性生物可利用混沌混合动力学克服黏性环境中的环流限制，并提示了早期分化动物中复杂神经驱动行为的物理基础。