最近，来自MIDS、拜罗伊特大学和英国拉夫伯勒大学的 Oliver Bäumchen和Marco Mazza的小组在微生物导航模型上发表了他们的研究成果。他们解释说：“由于微生物经常面临在密闭空间中导航的挑战，我们在问自己，在一个特定的隔间中，微生物导航的背后是否有一种模式。”

为了回答这个问题，研究人员跟踪了一个运动的微生物，并通过实验确定了其运动的概率流量。也就是说，他们将预定义的隔间细分为扇区，并确定每个扇区的移动方向概率。通过这种方式，我们创建了一张地图，根据它可以预测微生物的导航行为。

曲率决定了流量

令人惊讶的是，人们发现这种微生物并没有在空地上随意移动。相反，平均运动模式是高度组织和对称的：运动模式图显示了概率通量的定义分布。该研究的主要作者Jan Cammann和Fabian Schwarzendahl解释说：“特别是，发现通量的强度取决于相邻固体界面的曲率：曲率越高，通量越强。”。出于实际原因，所有测量都是在准二维环境中进行的，这意味着微生物从顶部和底部受到限制，以便更好地监测其运动并避免散焦。观察它的运动模式，Marco Mazza（拉夫伯勒大学和MpIDS）的研究小组创建了一个模型来预测流向某一方向的概率。然后将该模型应用于具有更复杂的界面曲率的隔室，并由奥利弗B·席姆晨实验室（MpIDS和拜罗伊特大学）进行了实验验证。Bäumchen总结道：“事实证明，界面的曲率是直接决定自推进微生物流量的主要因素。”。

对未来的技术影响

由于这一发现构成了一个基本的观测，该模型也可以应用于活性物质物理学的其他领域。Mazza报告说：“通过我们的模型，我们基本上可以从统计上预测下一时刻感兴趣的对象将在哪里。这不仅可以大大提高我们对生命组织的理解，而且有助于设计技术设备。”

因此，了解活性物质组织背后的原理可以对我们未来的技术产生直接影响。该模型的潜在应用可能是以这样一种方式引导光合微生物的运动，使其流量能够推动发电机，这将是一种将光能转化为机械能的直接方式。但是，在制药和医疗保健领域，科学家的发现也可能得到应用“在医疗领域的一个潜在应用是开发微型机器人，以高效的方式将药物运送到特定的目的地”，Bäumchen总结道。


DOI
10.1073/pnas.2024752118