大肠杆菌培养种群动态的超高分辨率实验研究与数值建模

本文给出了实验数据，并针对 F-amp \textit{E. Coli} 培养种群的时间演化建立了一个简单模型。总体而言，通过监测培养种群所揭示的细菌生命周期包括迟缓期、生长（或指数）期、对数（或稳定）期，以及最后的死亡期。顾名思义，在稳定期细菌种群停止指数增长，并在进入死亡期前达到平台期。本工作利用独特的光散射技术进行高时间分辨率实验观测，详细揭示了所有预期阶段，以及稳定期中的振荡种群行为。这种明确的振荡行为此前已通过传统对给定种群培养物分取样品的普查方法被提出。我们尝试通过建立一个微分方程来模拟这些实验结果，该方程考虑了单个细胞的空间分布以及竞争与扩散的自组织力。主要阶段得到了良好表征，而振荡行为归因于种内混合。还观察到，由种内混合产生的对流运动在限制种群增长方面起关键作用，其标度关系为 $t^{-\alpha}$，其中 $\alpha$ 由模型参数界定。