Multiscale Computational Models of Coral Growth in the Context of Morphological Plasticity

Bidragets oversatte titel: Multiskala beregningsmodeller for koralvækst i sammenhæng med morfologisk plasticitet

Nol Chindapol

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

Abstrakt

Et langvarigt spørgsmål inden for marine- og koralbiologi vedrørende den morfologiske plasticitet af marine sessile organismer. At forstå samspillet mellem miljøstressorer og udviklingen af en kompleks biologisk struktur som den, der findes i scleractinian koraller, er et stort videnskabeligt spørgsmål. På grund af den tætte kobling mellem organismernes fysiologi og miljøet er koralrev modtagelige for menneskeskabte forstyrrelser såsom forsuring af havet og klimaændringer. Fra et bredere perspektiv er koral økofysiologi et stort problem inden for forskellige områder af hav- og koralbiologi, fx økologi, taksonomi og palæontologi med anvendelser i miljøstudier, herunder koralblegning. Ved hjælp af beregningsmetoden er en simuleringsmodel for flerfysisk kobling udviklet i denne undersøgelse, der inkorporerer virkningen af steady-state laminar strømning og transportfænomenet for at belyse mekanismen for koral morfogenese og den tilsvarende fænotypiske plasticitet observeret i et kontrolleret eksperiment med målet om at supplere eksperimentelle undersøgelser. Tilvejebringelse af in situ-datasættet til koraller Pocillopora verrucose, udsat for et ensrettet floweksperiment, simulerer resultaterne med det observerede asymmetriske vækstrespons, hvor en høj densitet af grene dominerer den opstrøms del af kolonien, hvor den hydrodynamiske energi var høj, hvilket tyder på en stærk indflydelse på lokale hydrodynamiske processer og advektion-diffusionsprocesser. Mens de hydrodynamiske forhold i koralrevet varierer som reaktion på de bølgedominerede tidevandscyklusser, undersøger denne undersøgelse yderligere, hvordan symmetrien af koralkolonier, der observeres allestedsnærværende i deres naturlige habitat, kan forklares med tovejs-flow-simuleringer. I det laminare flowdominerede regime er den dynamiske viskositet og hastighedsstørrelse begrænset til 1.0e-3 Pa s og 5.0 e-2 m s-1 med Péclet-nummeret varieret for at undersøge virkningen af tovejs flow. Efterhånden som hastigheden stiger, og flowparametrene svinger i tid og rum, blev en ny flerfysisk kobling pålagt at løse de Reynolds-gennemsnitede Navier-Stokes-ligninger (RANS) ved hjælp af den lave Reynolds K-, hvilket øger hastighedsstørrelsen til 1.0 e-1 m s-1. De resulterende tovejs flow-induceret vækst former blev analyseret kvantitativt for tilstedeværelsen af lokale morfometriske træk og symmetriske orienterede træk er relevante for den indkommende strømningsretning anvender flerdimensionale højere øjeblik statistikker, dvs. MANOVA og principal komponent analyse (PCA). Virkningen af turbulent strømning viser sig at have en fremtrædende indflydelse på intra-koloni koral morfologi, hvor præcis klassifikation involverede projektionen af geometriske orienterede træk på de første to hovedkomponenter sammen med kvadratisk analyse diskrimination (DA), hvilket antyder, at den iboende symmetri af den forgrenede scleractinian kan forklares ved den allestedsnærværende symmetri i strømmen. En ramme er tilvejebragt i denne undersøgelse for at undersøge den biologiske mønster dannelse af komplekse former ved at kigge på koraller, som udviser en høj grad af geometrisk kompleksitet, plasticitet, og selvorganisering, der viser, hvordan dets kompleks form kan delvis forklares ved lokale udviklingsfunktioner og miljøet i fysik. Denne metode kan anvendes på andre tredimensionelle forgreningsformer såsom netværket af kanaler inden for svampe og neuron dendritter, såvel som at give en ramme for at studere nye egenskaber og udførelsesformen for intelligente agenser i det skiftende miljø.
Bidragets oversatte titelMultiskala beregningsmodeller for koralvækst i sammenhæng med morfologisk plasticitet
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Manoonpong, Poramate, Hovedvejleder
Udgiver
StatusAfsendt - 22. apr. 2021
Udgivet eksterntJa

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Multiskala beregningsmodeller for koralvækst i sammenhæng med morfologisk plasticitet'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater