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对细菌运动的研究往往集中在杆状细菌上。借助小的波动鞭毛,每个细菌细胞都可以朝其希望的方向推动自身。它们也可以成群移动,形成大型的群落,在培养皿上产生波纹并滑行。由于其非流线型的形状,球形细胞一直被认为是相对固定的,但是最近对粘质沙雷氏菌的研究表明,即使细胞是球形的,它也能够运动。
粘质沙雷氏菌通常是在生长和发育过程中呈杆状的革兰氏阴性细菌。如果在过夜培养中生长,细胞会变得非常拥挤并略微收缩形成球体(在静止期)。当放置在单滴培养液中时,这些球形细胞被观察到向上游动,到达液滴顶部并远离主要的大量细菌细胞。在液滴表面,细胞形成单层,并以动态的漩涡和射流方式移动,如下面的视频所示。
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这种运动是恒定的,不依赖于液滴的大小或形状。作为对照,一些液滴被倒挂,观察到相同的游泳行为。通过使用它们的鞭毛,细菌在液滴周围游动,形成小小的漩涡,因为它们都在移动。
影响细菌运动的因素之一是细菌分泌的表面活性剂的量。该研究比较了三种不同细菌菌株的运动:一种不产生表面活性剂,一种产生大量表面活性剂,以及一种产生表面活性剂但无法移动的细菌。他们发现前两种菌株以相同的方式移动,而非运动细胞则只表现出一种模糊的漂移倾向。将非运动细胞引入运动细胞群体中也没有鼓励它们移动,而其他细胞继续游到表面,非运动细胞则停留在原地。
由于粘质沙雷氏菌也是一种杆状细菌,研究人员能够比较同一物种中球形细胞和杆状细胞的运动。对两者的运动进行建模后,他们发现运动类型存在一些差异,并且杆状细胞移动速度略快(参考文献中有更复杂的数学分析!)。由于细胞在细菌的早期生长阶段呈杆状,因此在细菌定居形成菌落后,能够更快地四处移动可能更重要,而以后的球形形状则发生在细菌定居后。
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参考文献 1:Rabani A, Ariel G, Be'er A (2013) Collective Motion of Spherical Bacteria. PLoS ONE 8(12): e83760. doi:10.1371/journal.pone.0083760
特色图片图片来源:琼脂平板上的粘质沙雷氏菌。