细菌找吃的

细菌根据浓度梯度进行偏倚随机行走来找食物

原文链接:Finding Food

前文和细菌找吃的有什么关系?

前文

这与细菌找食物有何关系?

细菌的“食物”一般就是单糖,比如葡萄糖。如果溶液里有糖,一般情况下,溶液里有些地方糖浓度高,有些地方糖浓度低。特别是溶液里糖源处,浓度尤其高。细菌利用趋化作用游荡着走向糖源。

如下图,深粉色原点表示食物源,黑点表示通过随机行走来寻找食物的细菌。细菌通过偏倚随机行走来慢慢靠近食物源。细菌随机行走的偏倚性是食物浓度梯度造成的。


细菌通过偏倚随机行走慢慢找食物

细菌如何做随机行走?

细菌做随机行走的一个常见机制即所谓“前进翻滚(run and tumble)”方法。这种方法多为有鞭毛的细菌所采用。鞭毛是像鞭子一样的毛,像桨一样推动细菌游动。当鞭毛向一个方向转动时,鞭毛会推动细菌向一个方向前进。鞭毛长得很特殊,如果反方向转动,不会使细菌前进,而是使细菌翻滚打转转,这样细菌就可以随机选一个方向再次前进。细菌交替“前进”和“翻滚”,这样就是在进行随机行走。“前进”就是随机行走中走的阶段,“翻滚”就是随机行走随机选方向的阶段。

大肠杆菌就是利用前进翻滚法来进行随机行走的细菌之一。鞭毛逆时针转动时,大肠杆菌便向前游动,鞭毛顺时针转动时,大肠杆菌便翻滚打转转。如下图所示。


(左图)鞭毛(聚成束)逆时针转,大肠杆菌向前游动。(右图)鞭毛(将束散开)顺时针转,大肠杆菌翻滚。

(注:上面图解中括号内文字为博主添加。维基百科中的示意图展示地更清楚,如下图所示)

维基百科条目Chemotaxis中所配的前进翻滚机制示意图

大肠杆菌前进翻滚行为如Cells alive网站上视频所示。

趋化作用还有其他用途吗?

趋化作用不仅仅用来找食物。细菌还通过趋化作用逃离有毒区域。你能猜到细菌如何做到这一点吗?通过偏倚随机行走,偏倚性来自有毒物质浓度梯度,只不过细菌在这种情况下是走向低浓度方向。

没有大脑的小生物好神奇!

自然为没有大脑的微生物找到如此简单的方法来找吃的,这真是令人感到奇妙。自然充满了这样的小惊喜。在智力谱系的另一端,是具有充足好奇心和智力的物种——我们,弄明白了没有大脑的微生物如何找到食物。

标签: 随机行走, 偏倚随机行走, 梯度, 细菌, 趋化作用, 前进翻滚, run and tumble

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