植物-动物蠕虫集体涡旋结构的流体动力学

环形 milling（集体运动的一种惊人表现）广泛存在于自然界中，从鱼群到行军蚁均有发现。最近观察到，植物-动物蠕虫 $Symsagittifera~roscoffensis$ 在海滩浅水池和实验室培养皿中均表现出环形 milling 行为。本文从流体动力学视角，通过实验与理论考察这一现象，重点关注已建立的环形 mill 对周围流体的影响。与表现出自发循环行为并被建模为力偶极子的受限细菌悬浮液及分子马达与丝状集合等系统不同，单个蠕虫的前后对称性排除了应力子（stresslet）贡献。相反，源偶极子和斯托克斯四极子之类的奇点预期占主导地位。我们分析了一系列模型，以在这些奇点对培养皿中流动所适用的特定边界条件下，理解它们对 mill 产生的方位角流场的贡献。一个将环形 mill 视为产生斯托克斯流的刚性旋转圆盘的模型被证明能很好地捕捉基本实验结果，并揭示了多个 mill 系统涌现与稳定性的机理。