光调控光合微生物的运动性与相分离

大量相互作用的、非平衡态智能体集合是活性物质的范式。其组分的本征活性可能导致自发分离为高密度与低密度的局域相。具有 ATP 供能引擎的运动性微生物是此类相分离活性物质的典型例子,这在无数生物过程中至关重要。自发空间聚集未被广泛认可为微生物群落的普遍特征,这一事实挑战了将相分离推广至人工活性系统之外。在此,我们报道了莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)种群的相分离,该相分离可由光以完全可逆的方式调控。我们将此现象归因于光依赖与密度依赖的运动性,从而将单细胞层面的光感知与向高、低密度区的集体空间自组织之间的鸿沟连接起来。其光谱敏感性表明微生物运动性与相分离受光合机构活性的调节。该活性系统稳定性与动力学的特征指纹描绘了一幅无法与当前人工活性物质相分离物理理解相调和的图景,其中集体行为可源于对变化刺激响应的固有运动性调制。因此,我们的结果指向生命系统中存在一类更广泛的自组织现象。