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细菌也有“快闪”行为

英国《自然》杂志近日在线发表的一篇论文称,中法科学家在一个由无数细菌组成的集合中,观察到许多细胞(一个细菌就是一个单细胞生物)挤在一起,但是单个细胞却随机运动,致使这种集体振动看起来就像细菌版“快闪”。了解这些细胞如何做出这种同步行为,将能启发研究人员筹划一种可用于控制活性物质,或集群机器人自组织的新策略。

在人类群体中,“快闪”行为简单地说就是:许多人在一个指定的地点,在明确指定的时间,出人意料地同时做一系列指定动作。而在更微观的层面也可以有相似的现象。多细胞系统的集体振动行为,在许多生物过程中发挥着重要作用,如器官的发育、胚胎的形成和神经元网络的调控。这种行为通常源自化学或电化学信号介导的长程耦合,或者细胞与其物理环境之间的相互作用。

此次,中国香港中文大学研究人员吴艺林以及法国原子能委员会、法国科学研究中心雨果·查缇团队,在稠密的细菌悬液中观察到不同形式的集体振动。他们发现,无数的细胞可以通过自组织实现同步运动,大部分情况下呈椭圆线圈形。这种行为似乎受细胞之间的局部相互作用控制,虽然在单个细胞层面上看,细胞运动是随机的,但是在更大的尺度上观察,可发现微弱的同步运动情形。

研究人员表示,导致这种微弱的同步运动产生的独特机制,或也存在于其他大型细胞群中。而这项新发现能够用来帮助科学家研究活性物质或集群机器人的自组织,也就是一个系统在其内在机制的驱动下,自行从简单向复杂、粗糙向细致方向发展的行为。通常来讲,一个系统自组织功能愈强,其保持和产生新功能的能力也会愈强。

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