通过代谢浮力扩散非运动微生物的爆炸式扩散

对于非运动微生物，其在静止流体中的空间扩张被认为受限于扩散。我们报告称，微生物群落可以通过一种自增强的物理过程来突破这一限制。随着非运动酵母和细菌在其流体环境中将浓稠营养物质代谢为更轻的废物，它们产生浮力驱动的黎克曼对流，这是一种普遍的流体力学现象，在化学反应器到行星大气层的尺度上组织物质。这种 robust 的、自生成的流动将细胞团块碎片化并扩散，这些团块又孕育新的生长点，从而增强总体代谢活性并进一步加强对流，这形成了一个自催化循环。 resulting 的扩张遵循加速的幂律动力学，quantitatively 被一种将代谢通量与流速联系起来的物理理论所捕获，并通过一种我们称之为 Circulation-Driven Aggregation 的流动聚焦不稳定性产生分形图案，这是扩散受限聚集的水动力学类比。这种 '代谢烟花' 机制确立了一种典型的活跃物种，其中细胞的代谢活性自组织一种物理运输引擎——一种活的黎克曼对流——提供了一种基于物理的基本扩散策略。