微小生物的运动姿态取决于“雷诺数”

雷诺数（Reynolds number）一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。

游泳快的水生动物尺度都较大，且具有流线型轮廓，体表的粘液保证了表面的平滑且粘液溶于水后可减低水的粘性，躯体的和谐动作也有助于减低阻力。据计算，它们的雷诺数都很高，多在105.5～107.5之间。

水里的微小生物雷诺数就很低。因为特征长度如果相差1000倍，雷诺数也就相差1000倍。雷诺数低是什么表现？通俗地说，微小生物在水里就如同人在粘稠的泥浆中一样，简单张开合拢手臂只是前后晃动，无法有效前行。

举个例子，扇贝靠张合贝壳来游泳，游泳速度还挺快。它们在水中缓慢张开贝壳之后迅速合拢，产生游动所需的冲击力。如果把10cm的扇贝缩小到10微米，雷诺数也就降低了1000倍。在如此之低的雷诺数环境下还可以游动吗？不能了。因为低雷诺数下张开贝壳会前进，但闭拢贝壳又会让它回到原位，即使张开闭合的速度不同也无济于事。这看似简单的结论就是著名的“扇贝定理”，低雷诺数下运动具有可逆性，贝壳张开和闭合的形变过程时间上是对称的。

微小生物与大尺度生物的运动最大不同处就是时间的可逆性。要想在低雷诺数环境下游动，微小生物必须打破形变在时间上的对称性。

看看水中微小生物是怎么游泳的。最常见的“大肠杆菌”像旋转螺钉一样旋转鞭毛游动；“纤毛虫”通过纤毛规律地摆动游动；“微藻”摆动鞭毛近似于蛙泳的姿势游动；“水蚤”则借触角上的刚毛拨动水流游动；不一样的构造泳姿也千差万别，非常神奇！

物理尺度不同，惯性力和粘滞力比值也就不同，雷诺数不同，同样是在水中游动，行为方式也就大不相同。物理学诺贝尔奖获得者爱德华·珀塞尔的“在低雷诺数环境下的生命”对此进行了详细的描述。