细菌逼近趋化精度的理论极限以导航动态化学梯度

细菌的短暂聚集在环境中无处不在，它们作为代谢活动、养分循环和水平基因转移的热点。在许多情况下，这些高细菌浓度区域被认为是由运动细胞利用趋化作用导航至化学热点而形成。然而，是什么支配细菌聚集的动力学尚不清楚。在此，我们利用一种新型实验平台产生具有受控营养物浓度的真实亚毫米尺度营养脉冲。通过结合实验、数学理论与基于智能体的模拟，我们表明当化学梯度的大小上升到远高于由与趋化剂的随机碰撞所产生的感觉噪声时，单个 \textit{Vibrio ordalii} 细菌开始向溶解有机物（DOM）热点趋化。每个 DOM 热点周围都有一圈动态的趋化细胞环，它们在 DOM 高浓度区域聚集，随后随着 DOM 扩散且梯度变得过于嘈杂以致细胞无法响应而离散。我们证明 \textit{V. ordalii} 运作于趋化精度的理论极限附近。显式考虑分子计数噪声的趋化细菌数值模拟，指出了营养获取与趋化精度代价之间的权衡。更一般地，我们的结果说明了如何利用感觉精度的极限来理解生态相关环境中细菌行为响应的位置、空间范围和寿命。