使用CFD模拟研究来自地球早期海洋已灭绝的生物体，寻求五亿年前的问题答案

研究小组通过使用CFD模拟研究来自地球早期海洋已灭绝的生物体：Parvancorina（简称：帕文克尼亚虫），寻求五亿年前的问题答案，即古老的多细胞生物是如何运动、以及如何生存。

埃迪卡拉时代的谜团

5亿年前的海洋是怎么样的呢？一般来说，科学家们认为那时的海栖生物几乎都是静态的，仅仅是依附在海底。这种假设有时适用于帕文克尼亚虫，它像是一个甲壳动物或三叶虫的生长过大的幼虫，背面有一组独特的脊，形成锚状或T状。

虽然目前各大博物馆中保存了许多关于它的化石，但这个简单的生物体没有留下关于它是否能动或它是否进食的线索。解决这些谜团是研究生物进化和生态重要性的关键一步。

用CFD仿真分析灭绝生物的行为

科学家们根据化石样本的观察结果创建了生物体的三维CAD模型，导入CFD仿真软件中。这些模型包括帕文克尼亚虫的身体盾形基部的空模型以及三种不同形态类型的完整模型。

使用仿真软件，能够模拟帕文克尼亚虫在浅海环境中的典型特征，并将其结构视为其与此环境的相互作用。在他们的分析中，研究人员测试了各种入口速度，模型方向和网格尺寸。非常复杂的3D形状（即化石）周围的流体流动也能在软件上呈现，最后生成高质量的流速和流线图，以便轻松地显示其结果。

帕文克尼亚虫是静态的吗？

为了确定它是否能动，研究人员计算了模型是否能承受阻力。结果表明，模型在不同方向产生了不同的阻力。

由于阻力可能对生活在海底的生物有害，可能会使它们非自主移动或受伤，因此需要保持最小化阻力的位置，相对于其浅水环境的转移电流重新定位。因此，CFD仿真的结果提供了良好的间接证据，表明在其生命中是移动的。具有将一个方向上的阻力减小到电流的体形是生活在具有可变电流的环境中的移动生物的共同特征。

帕文克尼亚虫身上的再循环区域

如果帕文克尼亚虫是悬浮进食的，能够将悬浮在水中的有机物质流向它的“胃”，那么它不得不保持与当前相关的某种排列，以有效地将食物引导到其身体的正确区域。因此，与计算的阻力一样，这一结果也还原了帕文克尼亚虫在海底生存的形态。

2D和3D流场图显示不同的帕文克尼亚虫摆放方向在不同位置产生再循环区。当它面向水流动时，这导致在其身体的锚形部分的“臂”后面形成两个再循环区域。

当迎面而来的流动垂直于中心“小腿”时，主要的再循环发生在身体的锚形部分的柄部后面。

最后，如果“臂”位于下游，则再循环发生在身体后面。

帕文克尼亚虫是否自主进食？

帕文克尼亚虫独特的锚形脊提供了另一条线索，告诉我们这个生物是悬浮进食的。虽然山脊没有减少阻力并且可能不是防御结构，但研究人员的仿真结果显示它需要再循环，没有脊的帕文克尼亚虫的零模型没有指导再循环流过身体。

这符合我们对现存海洋无脊椎动物的了解。具有面向上游的凹面的专门结构的生物通常是被动悬挂进食。这表明这种结构可以方便它们生存。

该团队之前的研究表明，静止的悬浮进食生物需要流体流向任何方向的身体食物捕获区域（因为它们无法自主决定位置）。由于有机物质的流动仅在某些方向上指向帕文克尼亚虫的假定的食物捕获区域，因此它必须是可移动的以有效地进食。当然它也可能以不同的方式喂食，例如，通过消耗海底沉积物中的有机物质。关键在于如果它采用这些方式进食，它就需要移动。

谜团解开之后

CFD仿真分析的结果表明帕文克尼亚虫是可以运动的，并且可能具有在任何化石中尚未见过的肌肉组织或附属物。如果这是正确的，那可能意味着帕文克尼亚虫是已知最古老的已知具有趋向性的生物。这同时也为科学家们研究埃迪卡拉世纪生物提供了更广泛的方法，人们可以了解更多复杂性生物的起源和生存繁衍。