微生物取向统计的一般方法：Lévy 游走、噪声与确定性运动

微生物运动通常通过简化模型进行分析，在这些模型中，轨迹表现为直线游走（可能附加高斯噪声）以及随后的随机、离散翻滚事件。我们展示了四种不同游动微生物角度动力学的统计分析结果：翻滚和光滑游动菌株的枯草芽孢杆菌 (\textit{Bacillus subtilis}) 以及两种真核藻类：四鞭藻 (\textit{Tetraselmis suecica}) 和纤细裸藻 (\textit{Euglena gracilis})。我们证明，角度统计特征非常接近 Voigt 分布，即高斯分布 (Lévy 指数 $\alpha=2$) 与洛伦兹分布 (Lévy 指数 $\alpha=1$) 的卷积。这种分布在这四种微生物中普遍存在。我们没有将翻滚建模为离散过程，而是将其建模为连续过程：使用洛伦兹噪声模型在取向动力学中进行 Lévy 飞行。该模型是解析可解的。每个微生物个体轨迹兼具随机行为（噪声）和不同的确定性行为，例如不同大小和频率的螺旋以及不同半径的圆弧。我们通过系综理论对不同确定性行为的分布进行建模。确定性行为（如圆弧）源于对游动行为的物理观察，并解释了纯噪声模型无法解释的数据中的许多定性特征。基于该理论，我们估算了洛伦兹噪声的强度、物理转动扩散常数以及与确定性行为分布相关的一些参数。该分析表明，在某些情况下，高斯噪声并非导致角度统计遵循 Voigt 分布的主导过程。