细菌群游周围的鞭毛流

在营养丰富的基质上，具鞭毛细菌可分化为群游状态并在表面上以密集的群体移动。最近的一项实验测量了大肠杆菌（Escherichia coli）群游周围流体中的流动（Wu, Hosu and Berg, 2011 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108 4147）。观察到在群游前方存在顺时针方向（从上方观察）的系统性手性流动，流速约为 $10~\mu$m/s，大约是群游边缘径向速度的 3 倍。工作假设认为，这种流动是由于停留在菌落边缘的细胞将其鞭毛丝向外延伸，从而在未受侵扰的琼脂上推动流体所致。在这项工作中，我们定量地检验了这一假设。我们首先建立了薄膜中单根鞭毛诱导流动的解析模型，然后利用该模型及其向多根鞭毛的扩展，与实验测量结果进行比较。我们获得的结果与鞭毛假设一致。该模型为鞭毛取向及其空间分布以及切向速度剖面提供了进一步的定量见解。特别是，模型表明鞭毛平均指向群游的径向外侧，而非切向缠绕。