Traveling Wave 吸引剂环境中的细菌趋化运动

我们研究了单细胞 E. coli 在时空相关变动的吸引剂环境中的趋化运动。将吸引剂浓度建模为行进正弦波形式，在仿真中测量该波传播速度下细胞趋化漂移速度。我们发现漂移速度呈现高度非平凡的依赖关系——随着波速变化，趋化漂移速度改变符号并出现多个峰值。对于缓慢移动的吸引剂波，漂移速度为负，即趋化运动方向朝向波的相反方向。随着波速增大，漂移速度先呈负峰，然后改变符号，达到正峰，最终在波速远超细胞响应能力时趋于零。我们从细胞在沿波 propagation 方向与相反方向的运行中感知到的吸引剂梯度差异解释了这一复杂行为。具体而言，当细胞以与波相同方向移动时，细胞相对于波的相对速度在波速匹配运行速度时趋于零，细胞可沿波行驶且在这些运行中无浓度梯度感知。相反，针对向相反方向的运行，没有此类效应，有效梯度随波速单调增大。我们通过详尽的定量测量，阐明了上述差异如何导致反直觉的趋化漂移速度行为。