کد مقاله | کد نشریه | سال انتشار | مقاله انگلیسی | نسخه تمام متن |
---|---|---|---|---|
6369250 | 1623811 | 2016 | 9 صفحه PDF | دانلود رایگان |
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Hydrodynamic evolution of sperm swimming: Optimal flagella by a genetic algorithm
ترجمه فارسی عنوان
تکامل هیدرودینامیکی اسپرم شنا: پرچم بهینه با الگوریتم ژنتیکی
دانلود مقاله + سفارش ترجمه
دانلود مقاله ISI انگلیسی
رایگان برای ایرانیان
کلمات کلیدی
تحرک اسپرم، جریان رینولدز پایین، بهینه سازی ژنتیکی، عملکرد شنا،
ترجمه چکیده
عملکرد شنا در اسپرم ها یک شاخص مهم برای موفقیت باروری است. برای سالهای زیادی، مطالعات متعدد گزارش شده است که شنا کردن بهینه از موجودات فلوئالی با این وجود، همچنان یک سوال وجود دارد که در میان ضربات پیچشی حلقوی دایره ای و حلزونی دایره ای مطلوب است. در این مقاله، از یک الگوریتم ژنتیکی برای بررسی الگوی ضرب با بهترین بهره وری شنا بر اساس تخلیه هیدرودینامیکی و اعمال گشتاور داخلی استفاده می کنیم. برای پارامترهای مورد نظر، نتایج ما نشان می دهد که ضخامت ورقه ای برای سرهای کوچک بهینه است و پرچم مارپیچی اسپیلتوم برای سرهای بزرگ بهینه است، در حالی که ضریب بیضوی هرگز مطلوب نیست. همچنین بهینه سازی ژنتیکی نشان می دهد که تعداد موج و شکل پوشش موج، پارامترهای مربوطه هستند، در حالی که شکل موج و هندسه سر به اثرات نسبتا جزئی بر کارایی دارند. ضریب مطلوب با توجه به کارآیی بر اساس گشتاور درونی یک پرچم کششی فعال، با یک موج کوچک و موج وارده با دامنه وسیع در یک محیط ویسکوزیته پایین مشخص می شود. نتایج به دست آمده در شکل موج مطلوب با مشاهدات برای شکل موج های مسطح سازگار است، اما در بسیاری از موارد، نتایج نشان می دهد ضرورت یک تعامل مایع ساختاری جیغلاقی دقیق برای تعیین اینکه آیا اسپرم واقعی دارای شناور هیدرودینامیکی کارآمد است. رویکرد بهینه سازی تکامل یافته مورد استفاده در این مطالعه از پارامترهای مهم زیست شناختی متمایز شده است و روش شناسی به طور بالقوه برای شناگران مختلف قابل استفاده است.
موضوعات مرتبط
علوم زیستی و بیوفناوری
علوم کشاورزی و بیولوژیک
علوم کشاورزی و بیولوژیک (عمومی)
چکیده انگلیسی
Swimming performance of spermatozoa is an important index for the success of fertilization. For many years, numerous studies have reported the optimal swimming of flagellar organisms. Nevertheless, there is still a question as to which is optimal among planar, circular helical and ellipsoidal helical beating. In this paper, we use a genetic algorithm to investigate the beat pattern with the best swimming efficiency based on hydrodynamic dissipation and internal torque exertion. For the parameters considered, our results show that the planar beat is optimal for small heads and the helical flagellum is optimum for a larger heads, while the ellipsoidal beat is never optimal. Also, the genetic optimization reveals that the wavenumber and shape of wave envelope are relevant parameters, whereas the wave shape and head geometry have relatively minor effects on efficiency. The optimal beat with respect to the efficiency based on the internal torque exertion of an active elastic flagellum is characterized by a small-wavenumber and large-amplitude wave in a lower-viscosity medium. The obtained results on the optimal waveform are consistent with observations for planar waveforms, but in many respects, the results suggest the necessity of a detailed flagellar structure-fluid interaction to address whether real spermatozoa exhibit hydrodynamically efficient swimming. The evolutional optimization approach used in this study has distinguished biologically important parameters, and the methodology can potentially be applicable to various swimmers.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of Theoretical Biology - Volume 399, 21 June 2016, Pages 166-174
Journal: Journal of Theoretical Biology - Volume 399, 21 June 2016, Pages 166-174
نویسندگان
Kenta Ishimoto,