生长弹性纤维的动态超螺旋分叉

某些细菌在分裂后细胞未能分离时会形成纤维状群体。在芽孢杆菌、芽孢芽肽杆菌以及蓝藻中，这些纤维可以包裹成复杂的超螺旋结构，包括螺旋管或环形结构，后者可能带有分支。任何关于这些形态不稳定性的微观理论都必须解决在生长存在下的模式选择问题，因为生长使得问题非自主，导致分叉动态。为深入理解这些现象，我们建立了一般性的生长弹性纤维理论，考虑弯曲和扭转阻力，并在粘性介质中进行研究：一个带有首选扭转倾向的生长纤维闭合成环。生长耗尽扭转，导致扭应力。环的闭合防止纤维回到首选扭转，导致扭转通过形成超螺旋来释放。生长还产生纤维上的粘性应力，即使在无扭转情况下也会引起buckling不稳定。我们的线性稳定性分析和数值研究揭示了两种动态体制：对于小的固有扭转， instability类似于欧拉buckling，导致螺旋管结构；而对于大的扭转，则类似于经典扭转纤维的扭曲，产生环形结构。这一模型可适用于仅形成超螺旋或当纤维轴向旋转受阻时更易形成超螺旋的情况。本文提出了针对具体生物系统的应用。