较慢的游泳促进细小浮游植物和细菌之间的化学趋性遗遇
生物物理
2025-01-14 v1
摘要
化学趋性使海洋细菌通过减少其搜索时间来增加与浮游植物细胞的遗遇次数，前提是细菌能够检测到浮游植物周围噪声化学梯度。梯度检测取决于细菌表型和浮游植物大小：大型浮游植物产生空间扩展但浅的梯度，而小型浮游植物产生更陡峭但空间更局限的梯度。迄今为止，仍不清楚浮游植物大小和细菌游泳速度如何影响细菌的梯度检测能力及其浮游植物的搜索时间。本文计算了细菌因化学趋性而相对于随机运动增加的细菌遗遇率上限。我们发现，针对小型浮游植物，化学趋性可显著降低搜索时间，但这种优势对细菌表型或浮游植物泄漏率的变化高度敏感。相比之下，针对大型浮游植物的化学趋性仅略微降低搜索时间，但该收益对搜索或环境参数的变化更为稳健。将我们的发现应用于海洋浮游植物社区，我们发现，在富养区，针对小于 2 微米的浮游植物的化学趋性几乎没有什么收益，但可将针对约 20 微米的大型浮游植物的平均搜索时间从两周缩短至两天，这种优势对变化稳健且有利于游泳速度更高的细菌。相反，在寡营养区，化学趋性可使针对约 1 微米的原始浮游植物的搜索时间最长降低十倍，从一周降至半天，但仅限于游泳速度较低且感知时间尺度较长的细菌。这种非对称性可能促进海洋细菌群体中多样化搜索表型的共存。
引用
@article{arxiv.2410.03641,
title = {Slower swimming promotes chemotactic encounters between bacteria and small phytoplankton},
author = {Riccardo Foffi and Douglas R. Brumley and François Peaudecerf and Roman Stocker and Jonasz Słomka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.03641},
year = {2025}
}