游动细菌方向改变的随机模型

在这项工作中，我们引入一个随机模型来描述游动细菌运动中方向的变化。我们利用在翻滚野生型大肠杆菌上测量的转角概率密度函数，构建了一个描述细菌体在各向同性介质中游动偏转的朗之万方程。我们通过格林函数方法解析求解了该方程，并表明三个参数足以描述该运动：特征时间、稳态解和控制参数。我们得出结论：表现为突然转向的翻滚运动，主要由鞭毛马达产生的旋转助推引起，并由噪声引入的旋转扩散作为补充。我们表明，在翻滚运动中，偏转是一个在翻滚发生期间的非平稳随机过程。通过调节控制参数，我们的模型能够解释细菌在游动期间绕其质心的小幅度转向。我们表明，游动期间的偏转是一个奥恩斯坦-乌伦贝克过程，对于典型的游动时间而言是平稳的。我们得出结论：在游动期间，旋转助推不存在，仅剩下旋转扩散。因此，我们拥有一个单一模型，通过一个可调节的控制参数来解释细菌在游动或翻滚运动中的转向，该参数也能解释两种转向行为之间的过渡。该模型还能以非常令人满意的方式解释所有可用的统计实验数据，例如游动和翻滚运动的转角时间概率密度函数和平均值。