代谢活性控制光合微生物悬浮液中相干流的出现

光合微生物已在地球上几乎所有生态系统的复杂微生态环境中进化并成功适应了不断变化的环境条件。缺乏光照时，它们可以通过好氧呼吸维持生物功能，甚至在厌氧条件下通过厌氧代谢活动维持功能。对于处于厌氧环境中的光合微生物悬浮液，单个细胞的运动性直接受其光合活性（即被叶绿体吸收的入射光强）的控制。然而，代谢活性对群体层面集体运动性的影响迄今仍不为人所知。本文展示了在高光照强度下，光合活性强的微生物悬浮液表现出细胞密度的稳定逆沉降轮廓，由于微生物自然倾向于反向运动以克服重力。随着光合活性减弱，从而抑制单个运动性，活体悬浮液变得不稳定，导致出现一致的生物对流流动。集体运动是完全可逆的，表现为规则的三维浪结构，其中流速和细胞分布直接受光照强度控制。由于缺乏光照和氧气两种不利条件下均呈现出一致流动，这些流动可能有助于微生物群体在寻找更好生存条件的过程中拓展其自然栖息地的探索范围。