模拟细菌的集体运动
当微生物(如某些类型的细菌)在潮湿的环境中附着在物体表面并开始繁殖,导致一种黏糊糊的胶水状物质排出时,生物膜就形成了。
这些生物膜不仅令人不快,而且可能会带来严重的麻烦。例如,在医疗领域,生物膜的形成会降低抗生素治疗的有效性。了解生物量形成的关键在于了解细菌的整体行为。
一篇由德国发表的EPJE新论文,研究人员Davide Breoni和他的合著者提出了一个细菌运动的数学模型,其中包括细胞分裂和死亡,细胞周期的基本成分。
该团队开发了一个细菌运动过程的数学模型,在统计物理学和生物物理学之间建立了联系。
“我们的新模型属于‘活性物质’的一类模型,目前在统计物理学中引起了很大的兴趣,”Breoni说。“这一领域研究的是拥有自身能量来源的粒子系统的集体特性——细菌就是一个典型的例子。”
该团队设计的模型令人惊讶地表明,当涉及到运动时,细菌可以作为一个整体。
“在我们的研究过程中,我们发现该模型预测了细菌菌落的形成可以通过旅行波的积累发生,集中的细菌‘包裹’,”Breoni补充道。“我们没有想到像我们这样简单的模型会产生这样的结果。”
他认为,对于那些可能知道菌落,但不知道它们如何集体移动的普通公众来说,这个结果应该很有趣。
Breoni最后指出,这是一个非常简单的模型,表明研究如何从这里开始。他说:“我们可以试着让模型更真实,并面对结果进行实验,以测试它的预测。”“另一方面,这项研究在很大程度上是由好奇心驱动的,是研究人员之间激烈讨论的结果——我们希望保持这种方法,这样我们就可以继续用我们的发现给自己惊喜。”
Journal Reference:
Davide Breoni, Fabian Jan Schwarzendahl, Ralf Blossey, Hartmut Löwen. A one-dimensional three-state run-and-tumble model with a ‘cell cycle’. The European Physical Journal E, 2022; 45 (10) DOI: 10.1140/epje/s10189-022-00238-7
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