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水影响生长中的水生植物叶片的形态发生

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漂浮在水面上的荷叶通常会经历短波长的边缘褶皱,并向中心衰减,而在水面上生长的叶子通常会变成一个全局弯曲的锥形,边缘附近有长长的波纹。观察表明,底层的水(液体基质)对叶片的形态发生有显著影响。为了理解这种现象下的生物物理机制,我们建立了数学模型,可以有效地解释漂浮和悬浮叶片的不均匀差异生长,定量预测它们形态的形成和演变。我们从理论和实验上都发现,短波屈曲形态在能量上有利于膜在液体上的生长,而整体屈曲形态在能量上更有利于悬浮膜的生长。其他影响因素,如茎或脉,异质性和尺寸也进行了研究。我们的研究结果为受水基影响的各种植物形态发生提供了基本的见解,并表明这种表面不稳定性可以利用基底或边缘驱动来控制仿生可展开结构的形态控制。

理论物理。启。, 124, 038003, 2020。http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.038003

此作品已被选为焦点(解释荷叶的褶皱)物理,重点为自然橡胶“叶子”揭示了漂浮莲花的物理特性),刊载于物理学的嗡嗡声水是如何塑造荷叶的),PhysOrg改进的数学模型有助于解释不同荷叶类型

评论

亲爱的徐帆:

祝贺你的出色工作!这是一个设计得非常好的研究,我发现使用WSR对现象进行实验再创造非常有趣。这些软质活性物质是研究形态生长现象的良好平台。

我想知道,在非常高的R/h时,你是否观察到褶皱类型的行为?在我们对介电弹性体不稳定性的研究中,当薄膜变薄(通过拉伸)时,不稳定性模式从屈曲到起皱再到皱缩。我在下面添加了这个工作的链接。谢谢你!

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/sm/c9sm01145e

最好的问候,

Hareesh。

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亲爱的Hareesh,

非常感谢您对我们的工作感兴趣,并分享了您在屈曲、起皱和褶皱中预拉伸确定图案选择方面的出色工作!在我们的计算和没有预应力(无应力状态)的实验中,我们没有观察到在很大的预拉伸变形时可能发生的皱褶型响应λ>5.5?),即使当R / h达到~ 200。在我们的情况下,不稳定模式的开始通常出现在中等生长应变~10-2(最大<0.2)。此外,不同的边界条件(在您的情况下是夹紧的,在我们的情况下是自由边界)将是另一个影响因素。我希望这对你有所帮助:)

最好的祝愿,

风扇

亲爱的徐帆:

非常感谢您的回复。你很好地总结了各种因素,这些因素会对不稳定模式产生影响。更仔细地观察边界条件如何影响膜中的应力和由此产生的不稳定模式确实是有趣的。

最好的问候,

Hareesh。

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