靠近水生食物链底部的纤毛微生物要么游动去寻找猎物,要么附着在基质上并产生摄食流来捕获路过的颗粒。在这里,我们使用一种流行的粘性流体球形模型来表示附着和游动的纤毛虫,其滑动表面速度可以提供纤毛流动的解析表达式。我们求解了溶解营养物浓度的平流扩散方程,其中佩克莱特数 (Pe) 反映了扩散与平流时间尺度的比率。对于固定的流体动力学功率消耗,我们问什么纤毛表面速度可以最大化微生物表面的营养通量。我们发现优化进食的表面运动取决于 Pe。对于在有限 Pe 下自由游动的微生物来说,采用“跑步机”表面运动来游动是最佳选择,但在 Pe 较大的极限下,这种跑步机解与保持生物体静止的对称偶极表面速度之间没有区别。对于附着的微生物,在 Pe 低于临界值时,跑步机解决方案是最佳的进食方式,但在 Pe 值较大时,偶极表面运动是最佳的。我们在开环数值模拟和渐近分析中验证了这些结果,并使用了基于伴生的优化方法。我们的研究结果挑战了现有的“最佳进食就是在所有佩克莱特数上最佳游动”的说法,并为海洋微生物中附着和游动解决方案的普遍性提供了新的见解。
1 CIIMAR – 葡萄牙马托西纽什波尔图大学海洋与环境研究跨学科中心,2 葡萄牙阿威罗大学 UA 生物系,圣地亚哥大学里约分校,阿威罗,3 葡萄牙波尔图大学科学学院 FCUP 生物系,4 葡萄牙维拉雷亚尔特拉奥斯蒙特斯和上杜罗大学 (UTAD) 农业环境与生物科学研究与技术中心 CITAB 生物与环境系,5 西班牙国家研究委员会维哥蓬特韦德拉海洋研究所 IIM-CSIC,6 葡萄牙阿威罗大学 CESAM 环境与海洋研究中心,7 西班牙尼格拉海洋哺乳动物研究协调员 CEMMA,8 西班牙国家研究委员会海洋学系,西班牙维哥蓬特韦德拉
Aspidochirote 海参是许多滨海生态系统中突出的底栖生物代表(Harrold & Pearse 1987,Birkeland 1988)。它们是大型沉积物摄食棘皮动物,以表层沉积物为食,以无生命底栖动物和相关微生物为食(Massin & Jangoux 1976,Moriarty 1982,Birkeland 1988)。由于它们的摄食活动,海参必定对环境有很强的影响:它们是活跃的沉积物再造者,可以改变底部稳定性(Massin 1982),促进营养元素返回水体(Rhoads & Young 1971)并增强沉积物相关细菌的产量(Amon & Herdnl 1991)。地中海常见的种类 Holothuria tubulosa 栖息于 Posidonia oceanica 草甸,在那里它经常以密集的种群出现,并且是大型底栖动物生物量的很大一部分(Gustato 等人,1982 年,Bulteel 等人,1992 年)。本文的目的是测量 Holothuria tubulosa 在夏季白天和夜间的摄食率。