光合供能的光趋性活性向列流体与凝胶
软凝聚态物质
2023-10-03 v1 生物物理
摘要
作为约 35 亿年前最古老的生命形式之一，蓝细菌是极丰富的生物，将光转化为能量与运动，常处于连接的丝状结构及更大菌落内。我们研究光强梯度如何触发有序的光趋性运动与致密细菌群落，尽管作为地球上最古老的活性活物质形式之一，其此前在定量上未被探索。光趋性驱动了从初始半柔性长丝状结构沿限于照明区域内的复杂弯曲时空轨迹的极性运动，到随后拥挤环境中双极性运动的转变。我们展示简单光照如何引起蓝细菌丝状结构二维与三维活性向列态的自发自组装，伴随大量运动与静态拓扑缺陷。我们量化了在光合活性物质无序与取向有序态转变期间，以及后续活性向列流体-凝胶转变期间光控的取向与速度序参量演化。图案化照明与不同形状的外来夹杂以非平凡方式与蓝细菌活性向列相互作用，同时诱导软界面边界条件与准 boojum 类缺陷。操控此蓝细菌集体行为可助于抑制毒素生成或增强氧气与生物材料生产。
引用
@article{arxiv.2310.00203,
title = {Photosynthetically-powered phototactic active nematic fluids and gels},
author = {Andrii Repula and Colin Gates and Jeffrey C. Cameron and Ivan I. Smalyukh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.00203},
year = {2023}
}