无外部信号下的持续性细胞运动：真核细胞的搜索策略

真核细胞体积足够大，能够检测信号，并通过区分细胞长度和宽度上的信号强度来定向。阿米巴原虫、成纤维细胞、中性粒细胞和生长锥均表现出这种行为。然而，关于无信号情况下的细胞运动和搜索行为知之甚少。单个细胞运动是否最好被描述为随机游走？当单个细胞超出其原本会趋向的信号范围时，它们是否具有搜索策略？在此，我们探讨孤立的单个盘基网柄菌（Dictyostelium）和聚孢菌（Polysphondylium）阿米巴原虫在无外部线索时是否偏向其运动。我们将完全隔离的盘基网柄菌和聚孢菌细胞置于无营养琼脂表面，每隔 10 秒追踪约 10 小时，随后针对速度、转向角、持久长度和持久时间分析其运动，并将结果与各种随机运动的预期进行比较。我们发现阿米巴行为可由一种特殊的随机运动很好地描述：阿米巴原虫表现出较长的持久时间（约 10 分钟），超过该时间后它们开始失去方向；它们以之字形向前移动；平均每隔 1-2 分钟进行一次转向。它们通过记住最后一次转向并背离该方向来偏向其运动。将运动解释为包含“运行”和“转向”，我们发现运行持续时间和转向幅度均服从指数分布。我们表明，与执行随机游走相比，这种行为极大地提高了它们找到目标的几率。我们认为，其他真核细胞在寻找尚未进入其检测系统范围的特定条件或信号源时，可能会采用类似于盘基网柄菌的策略。