细菌群落中关联渗流的统计特性

信号在长距离上的传播是多细胞群落的一个普遍特征。在枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的生物膜中，我们最近发现，部分而非全部细胞参与电信号传播，且参与细胞在空间上的组织方式在统计上与渗流理论一致。然而，该系统中渗流理论的两个关键假设被违背。首先，我们在此发现，一个细胞发出信号的概率并非独立于其他细胞，而是与其邻近细胞相关。我们建立了一个机制模型，其中关联信号源于细胞分裂、表型遗传和细胞位移，该模型重现了实验结果。其次，我们先前观察到发出信号的细胞比例并非恒定，而是在不同生物膜间变化。我们利用该模型理解为何尽管存在这两项假设违背，渗流理论仍是对系统的有效描述。我们发现第一项违背并未显著影响空间统计，并用重正化论证加以解释。我们发现第二项违背拓宽了在渗流阈值附近观察到簇尺寸特征幂律统计的信号细胞比例范围，这与我们先前的实验结果一致。我们利用一个信号概率沿传播方向衰减的突变体生物膜验证了模型。我们的结果揭示了关联渗流系统的关键统计特征，并展示了其对多细胞群落的功能效用。