海绵领细胞腔的架构最大化机械泵送效率

海绵作为动物界最基部的成员，展现出一系列复杂的架构，其中微流体通道连接着大量由领细胞——带有鞭毛的滤食细胞——排列的球形腔室。领细胞腔室可以包含数十甚至数百个这样的细胞，它们驱动复杂的流体从多孔壁流入并排入海绵通道。领细胞腔室的谜团之一是其球形形状，这似乎不适合诱导定向运输，因为许多领细胞鞭毛的拍打方向与这种流体相反。在这里，我们将活体海绵中领细胞腔室的直接成像与多鞭毛模型的计算研究相结合，以理解腔室架构与定向流动之间的联系。我们发现，那些逆流拍打的鞭毛在提高领细胞腔室内部压力方面起着关键作用，结果是，根据压力上升和流速计算的机械泵送效率在较小的出口开度角处达到最大值。实验观察与数值模拟结果之间的比较表明，淡水海绵 $E. muelleri$ 以及其他几个物种的腔室直径、鞭毛波数和出口开度角以最大化机械泵送效率的方式相互关联。这些结果表明，领细胞腔室形态发生过程中存在微妙的平衡，并为海绵的生理学和身体设计提供了见解。