牛精子细胞中的自组织涡旋相与流体动力学相互作用

从细胞尺度到超有机体尺度，生物系统中均可观察到集群行为，该行为的机制与目的备受关注。本文研究了黏弹性流体中牛精子细胞的集体动力学。这些细胞似乎不会自发集群，但在经历瞬态有序流体流动脉冲后，会转变为长寿命的集群相。令人惊讶的是，这一诱导的集群相与Toner-Tu理论预言的自发极性集群相在定性上有诸多相似之处，如各向异性巨数涨落和非平凡横向密度关联，尽管该相为诱导产生，且实验中游动体与周围流体间动量守恒作用显然重要。我们还发现了精子细胞的自组织全局涡旋态，并绘制了以细胞密度和游动统计为变量的集体运动态实验相图。我们将实验与参数匹配的持续转动活性粒子计算模型比较，发现以细胞密度和持续时间为函数的实验有序-无序相边界可由单细胞性质度量近似预测。我们的结果可能对通过研究密集游动精子群体的集体相行为来评估样本生育力具有启示。