冰中的生物运动与预熔化
软凝聚态物质
2022-07-27 v3 生物物理
摘要
生物群落在冰川、冰盖和永久冻土中被发现。冰封的微生物在由一系列体相与表面相互作用促进或阻碍的复杂流动环境中演化。当一颗颗粒嵌于宿主固体中且靠近其体相熔化温度时,在颗粒表面会形成一层熔化膜,这一过程称为界面预熔化。在温度梯度下,颗粒受热分子压力梯度驱动而朝向温度较高区域运动,此过程称为热回凝。当宿主固体为冰而颗粒为生物时,在其环境中繁衍需要发展出诸如产生胞外聚合物物质(EPS)与抗冻糖蛋白(AFP)以增强界面水的策略。因此,热回凝被一种我们称之为生物增强预熔化的过程所增强和改变。此外,生物颗粒的运动受冰质宿主体内营养物质所影响的化学梯度作用。我们展示了生物颗粒的整体轨迹如何由热回凝与定向生物运动之间的竞争所控制。通过将这类回凝现象重新纳入主动 Ornstein-Uhlenbeck 动力学的随机框架,并运用多尺度分析,我们发现对于吸引型(排斥型)营养源,热回凝被生物运动增强(抑制)。该现象在天体生物学、极端微生物的生物印记以及陆地古气候学中具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2203.14038,
title = {Biolocomotion and premelting in ice},
author = {Jeremy Vachier and J. S. Wettlaufer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.14038},
year = {2022}
}