细菌生物膜中活性向列相的涌现
生物物理
2019-05-28 v1 软凝聚态物质
摘要
生长中的组织和细菌菌落是一类活性物质系统，其中细胞分裂和细胞运动产生活性应力。尽管它们处于非平衡态，这些生物系统仍能形成大尺度有序结构，例如向列排列的细胞、拓扑缺陷和指状突起。力学失稳在生长过程中也通过产生大的结构折叠发挥着重要作用。活性物质动力学与力学失稳如何共同在生长组织中发展出大尺度有序尚不甚明了。在此，我们利用形成链状的枯草芽孢杆菌（又称生物膜）来研究活性应力与向列有序之间的直接关系。我们发现细菌生物膜具有内禀长度尺度，超过该尺度会发生一系列力学失稳。局域应力和摩擦共同控制线性屈曲与边缘失稳。值得注意的是，这些失稳发展出向列排列的细胞结构，并产生可动与静止拓扑缺陷对。我们还观察到生物膜中的应力分布强烈依赖于缺陷动力学，而缺陷动力学可通过产生三维结构进一步引发产孢位点的形成。通过研究细菌生物膜的发展及其力学失稳，我们提出了一种新型活性物质系统，为研究向列相在生长生物组织中的基本作用提供了独特平台。
引用
@article{arxiv.1811.12076,
title = {Emergence of active nematics in bacterial biofilms},
author = {Yusuf Ilker Yaman and Esin Demir and Roman Vetter and Askin Kocabas},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.12076},
year = {2019}
}