普林斯顿大学 当食物短缺时，一种居住在森林中的细菌会聚集在一起，建立一种叫做子实体的结构来生存，直到食物变得更容易获得
普林斯顿大学的研究人员已经确定了这些细菌是如何利用导致指纹螺旋的相同物理规律来构建s结构的，s结构由细菌细胞本身和将大厦粘合在一起的分泌物组成
这些结构大约有十分之一毫米高，或者比单个细菌细胞高几十到几百倍
在人类的尺度上，这个尺寸相当于摩天大楼的高度
学分:杨，普林斯顿大学 以形成捕食其他微生物的黏糊糊的群体而闻名的森林细菌也可以在食物匮乏时合作建造蘑菇状的生存庇护所，即子实体
现在，普林斯顿大学的一个团队已经发现了这些棒状细菌背后的物理原理，它们排列成指纹轮和液晶显示器上的图案，形成这些子实体的层
这项研究发表在《自然物理学》上
“在某些方面，这些细菌正在教我们新的物理学，”路易斯-西格勒综合基因组学研究所的物理学教授约书亚·谢维茨说
“这些问题存在于物理学和生物学的交叉点
你需要理解这两者才能理解这些有机体
" 黄粘球菌，简称为粘球菌，是一种具有惊人合作行为的细菌
例如，大量的粘液细胞聚集在一起，成群结队地向它们的猎物捕食
然而，当食物匮乏时，棒状细胞会一个接一个地堆积起来，形成被称为子实体的粘稠生长物，子实体是一些粘液细胞转化为孢子的藏身之处，当新鲜营养物质到达时，孢子能够重新启动种群
但是到目前为止，科学家们还不明白这些杆是如何获得能力，开始在彼此之上攀爬来建造水滴状的结构
为了更好地了解这些细菌的行为，研究人员建立了一个显微镜，能够在三维空间跟踪粘液的行为
科学家们记录了棒状微生物的视频，这些微生物紧密聚集在一起，就像狂奔的角马一样，在显微镜盘上快速穿梭，相互缠绕，形成类似指纹的图案
黄粘球菌的杆状细菌细胞通过形成群体来合作寻找食物，并建立被称为子实体的结构，这有助于生存
当两个这样的群体相遇时，由此产生的细胞堆积产生了被称为拓扑缺陷的位点，在该位点上，杆可以相互爬上以构建子实体的下一层
颜色代表不同的细胞群
学分:普林斯顿大学凯瑟琳·哥本哈根 研究人员观察到，当两条射线相遇时，交点正好是新的细胞层开始形成的地方
细菌开始堆积，造成了唯一的方向是向上的局面
“我们发现，这些细菌正在利用细胞排列的特定点，在这些点上，压力使菌落能够一层接一层地构建新的细胞层，”普林斯顿理论科学中心博士后研究员、该研究的第一作者之一理查德·阿勒特说
“这就是这个群体对饥饿的最终反应
" 研究人员将大量细胞碰撞的点称为“拓扑缺陷”，这一术语指的是描述这些奇点的数学
拓扑学是数学的一个分支，它发现茶杯和甜甜圈等物体之间的相似之处，因为一个物体可以拉伸或变形为另一个物体
“我们称这些点为拓扑点，因为如果你想消除这些缺陷中的一个，你不能通过平滑的变换来实现——你不能仅仅干扰细胞的排列来消除排列丢失的点，”Alert说
“拓扑学是关于通过数学中的平滑变换你能做什么和不能做什么
" 粘液细菌细胞的行为很像液晶，智能手机屏幕上的液体，由杆状分子组成
然而，与被动液晶不同，粘液棒是活的，可以爬行
研究人员说，细菌很可能已经进化到利用被动和主动因素来构建子实体
杆状粘球菌细菌细胞的高分辨率图像，带有指示细胞排列方向的颜色
学分:普林斯顿大学凯瑟琳·哥本哈根 凯瑟琳·哥本哈根是刘易斯-西格勒研究所的助理研究学者，也是这项研究的第一作者，她在显微镜下拍摄了细胞的视频并分析了结果
她说起初团队不确定他们在看什么
哥本哈根说:“我们试图研究细菌的层形成，以找出这些细胞是如何形成这些液滴的，我们刚刚得到了一台新的显微镜，所以我把另一个项目中与层形成无关的细菌样本放在显微镜下，并对其成像几个小时。”
“下次我们小组聚在一起时，我说‘我有这个视频，让我们来看看
我们被我们所看到的迷住了
" 研究人员将物理和生物训练相结合，使他们能够认识到垂直层是如何形成的新理论见解
霍华德大学的内德·温格林说:“这表明了普林斯顿大学合作文化的价值。”
生命科学前任教授、分子生物学教授和刘易斯-西格勒研究所教授
“我们互相聊天，分享疯狂的想法，互相展示有趣的数据
" “我记得很清楚的一个时刻，”Alert说，“就是在这个项目刚开始的时候看这些视频，然后开始意识到，等等，层是在拓扑缺陷所在的地方形成的吗？会不会是真的？”为了探索这些结果，他通过数值和分析计算来证实这些研究
“通过观看这些电影，我最初意识到这是一个很酷的时刻，”他说
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
