具生长项的细菌趋化性的行波解

细菌细胞通过沿化学梯度引导其运动来在环境中导航。这一过程称为趋化性，可促进细菌种群快速扩张至先前未被占据的区域。然而，尽管关于这一经典课题已有大量实验与理论研究，趋化性驱动的种群扩张在定量上仍未被理解。基于近期实验进展，我们在此给出一项详细的分析研究，对趋化性与细胞生长如何导致细菌种群快速而稳定的扩张提供了定量理解。我们给出了准确描述扩张种群的扩张速度与密度分布对重要分子、细胞及环境参数依赖关系的解析关系。特别地，当环境中化学物质的丰度相对于细胞化学感知极限较高时，扩张速度可被提升数个数量级。由于对此类复杂时空动态过程的解析理解十分罕见，本文所得结果提供了一个用于进一步研究趋化性在不同生态背景中所起作用多样性的数学框架。