شبیه سازی CFD

شبیه سازی یک مواد 500 میلیون ساله با شبیه سازی CFD ،مطالعه یک مهمانی شام 500 میلیون ساله با شبیه سازی CFD در سال 2016، تیمی از محققان از سراسر جهان به نامیبیا، واقع در سواحل جنوب غربی آفریقا سفر کردند. مناظر وسیع بیابانی و هوای خشک آنها را احاطه کرده بود. اگرچه آنها در خانه طیف گسترده ای از حیات وحش – از گورخرها و اسب های وحشی گرفته تا یوزپلنگ ها و شیرها – بودند، اما در جستجوی دیگر شکل های زندگی قدیمی تر بودند: فسیل های ادیاکران.

پیدا کردن Ediacara Biota

فسیل‌های دوره ادیکاران – “Ediacara biota” – اولین شکل حیات چند سلولی بزرگ و شناخته شده در جهان هستند. بسیاری از این موجودات در طول دوره ادیاکاران (635 میلیون تا 541 میلیون سال پیش)، دوره ای که به قبل از کامبرین می رسد، در بستر دریا زندگی می کردند.

با مطالعه فسیل‌های این موجودات باستانی (و مقایسه آنها با فسیل‌های جانوران امروزی)، دیرینه‌شناسان می‌توانند نحوه رفتار، حرکت و تغذیه آنها را در طول زندگی خود بیاموزند. با این دانش، آنها می توانند بهترین محل قرارگیری این موجودات را در درخت یوکاریوتی حیات تعیین کنند.

پیدا کردن Ediacara Biota

روی زمین در نامیبیا

در سال 2016 در جنوب نامیبیا، یک تیم تحقیقاتی جهانی از کانادا، نامیبیا، ایالات متحده و بریتانیا جمعیت‌های ارنیتا – یک ارگانیسم مرموز شناخته شده از آخرین Ediacaran – را کشف کردند که در محل خود در کف دریای فسیلی حفظ شده است. آنها مطالعات خود را در مورد این فسیل ها در مقاله ای در سال 2019 منتشر کردند که در Science Advances منتشر شد.

روی زمین در نامیبیا

براند گیبسون، نویسنده اصلی این مطالعه، هنگام یادآوری این یافته، گفت: «معمولاً در نامیبیا، فسیل‌هایی را می‌یابیم که منتقل می‌شوند، یعنی توسط جریان‌ها از بین رفته و در جای دیگری کنار هم قرار گرفته‌اند، و ما را از درک چگونگی زندگی واقعی آنها بازمی‌دارند. . با این حال، در این مورد، قطعاً به نظر می‌رسیدند که در وضعیت زندگی حفظ شده‌اند، و ما جمعیتی بکر و دست نخورده در مقابل خود داشتیم.»

بر اساس موقعیت فسیل های یافت شده، محققان به این نتیجه رسیدند که این موجودات ساکن در کف اقیانوس ها زندگی می کردند و در نیمه راه در رسوب مدفون بودند. ارنیتا بدن نرمی دارند. آنها در واقع قطعات سختی ندارند.

علاوه بر این، فسیل‌ها به صورت خوشه‌ای یافت شدند که نشان می‌دهد آنها در جمعیت‌های سازمان‌یافته و هدفمند زندگی می‌کردند.

این تیم در کار خود، رفتار تغذیه این شکل های اولیه زندگی را با استفاده از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) با نرم افزار COMSOL Multiphysics تجزیه و تحلیل کردند. بسیاری از حیوانات امروزی که در اقیانوس ها زندگی می کنند، شکل های بدن پیچیده و تکامل یافته ای دارند که با مایعات متحرک به گونه ای در تعامل است که به آنها کمک می کند تغذیه شوند. بنابراین، شبیه‌سازی‌های CFD راهی برای مطالعه و تفسیر فسیل‌های باستانی ارائه می‌دهند که مشابه‌های کمی در عصر حاضر دارند. «شبیه‌سازی‌ها واقعاً کمک می‌کنند. گیبسون گفت: آنها به ما اجازه می‌دهند فرضیه‌هایی را آزمایش کنیم و مورفولوژی‌هایی را بررسی کنیم که نمی‌توانیم آنها را به روش دیگری مطالعه کنیم.

تغذیه و شبیه سازی تعلیق

تحقیقات حاکی از آن است که بسیاری از بیوتای Ediacara از طریق اسموتروفی یا تغذیه سوسپانسیون تغذیه می شوند. ارگانیسم هایی که از اسموتروفی استفاده می کنند به طور غیر فعال مواد آلی را مصرف می کنند، در حالی که تغذیه کننده های سوسپانسیون از جریان آب، ساختار آنها و جامعه اطراف خود برای به دست آوردن مواد مغذی استفاده می کنند. (ماهیچه ها، صدف ها و چتر دریایی چند نمونه از فیدرهای تعلیق هستند.)

بر اساس فسیل‌های ارنیتا، محققان این فرضیه را مطرح کردند که این موجودات عمدتاً از غذای تعلیقی استفاده می‌کردند، زیرا تغذیه‌کننده‌های معلق معمولاً در خوشه‌ها زندگی می‌کنند. “تغذیه معلق یک رفتار گسترده و فوق العاده مهم حیوانات در اقیانوس های مدرن است. گیبسون گفت: «اگر بتوانیم مشخص کنیم که ارنیتا واقعاً غذای تعلیقی بود، اعتبار بیشتری دارد که بسیاری دیگر از بیوتاهای Ediacara نیز قادر به تغذیه معلق بودند، و به ما نشان می‌دهد که این رفتارهای غذایی پیچیده خیلی زودتر از آنچه فکر می‌کردیم تکامل یافته‌اند.» .

ابتدا، محققان جریان سیال را در اطراف مدلی از ارگانیسم فردی ارنیتا با استفاده از شبیه سازی CFD تجزیه و تحلیل کردند. در انجام این کار، آن‌ها مشاهده کردند که «در حفره مرکزی ارگانیسم، بدون توجه به عمق دفن، سرعت جریان و جهت‌گیری جریان، همانطور که انتظار می‌رفت اگر ارنیتا یک فیدر تعلیق بود، گردش مجدد ثابت و قوی در حفره مرکزی ارگانیسم وجود دارد.» (مرجع 1) بر اساس این نتایج، محققان به این نتیجه رسیدند که ارنیتا بیشتر مواد مغذی خود را در حفره مرکزی خود به دست می آورد.

در مرحله بعد، آنها جریان آب متغیر را در اطراف جوامع انبوه و با فاصله مناسب از مدل‌های ارنیتا که در بالا و پایین دست زندگی می‌کنند، قرار دادند. از این شبیه‌سازی‌ها، محققان استنباط کردند که این خوشه‌ها با هم کار می‌کنند تا جریان آب را دستکاری کنند، مواد مغذی کافی را برای همه تضمین کنند و زباله‌ها را از جامعه خود خارج کنند. این ایده که ما واقعاً می‌توانیم نحوه تأثیرگذاری این موجودات را بازسازی کنیم.

انجام پروژه comsol

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *