两篇论文的第一作者朱学珺和司光伟是北京大学定量生物学核心招收的08级跨学科博士生，其背景分辨为生物和物理。北京大学物理学院罗春雄副教授是实验中微流安装的重要设计者，协作领导了研究生的实验工作。
当前生物学的研究在各个尺度上都有丰富的成果，从单分子到调控通路，从个体到群体；然而把不同的尺度联系起来，从系统的角度来研究的还比拟少。同时，从分子水平到群体水平所逾越多个时光和空间尺度，把这些常识接洽起来自身是一个很大的挑衅。大肠杆菌的趋化性范畴多年来的研究结果为系统上的建模供给了基本；上述微流试验中变态行为的发明，也为从新审阅经典模型的提供了契机。在工作“基于分子机制的大肠杆菌趋化性的均匀场模型”(Pathway-based mean-field model for Escherichia coli chemotaxis.)中，该团队从大肠杆菌趋化性的信号转导通路动身，树立了描写细菌群体行动的平均场模型，架起了群体程度与分子水平上意识的桥梁。模型所得到的群体活动参数都能够联系到分子水平上的生化反映进程，比方趋化速度正比于协同感应的受体簇的大小以及马达的超敏感响应曲线的希尔系数,女性总裁课程。该模型胜利地说明了最大群体趋化速度与个体适应速率之间的标度率关联。新模型还预言了经典模型无奈解释新的景象：在行波环境中趋化速度方向会产生反转（如图2所示）。这种多标准的建模方式可以用于其余生物体系的研讨中，如群体响应跟生物膜的构成等。
编纂：拉丁
感知外界环境变化并做出反响、趋利避害是性命生存的根本技巧。大肠杆菌的化学趋向性行为是研究这一普适生存策略的最简略、最基础的素材。细菌可以感触四周化学物资浓度的变化，并调剂本身的运动状况来寻找食品，或者回避恶劣环境。传统的研究个别是在准静态的浓度梯度下进行的，而细菌的生存环境是一直变化的，在这样庞杂的环境下进化而来的趋化机制在面对时空变化浓度梯度时的响应行为人们并不深刻的认识。在工作“频率决议的大肠杆菌化学趋势性行为”(Frequency-Dependent Escherichia coli Chemotaxis Behavior)中，该团队应用微流控技巧，在百微米的空间尺度上实现了时间变化从多少十秒到几非常钟的时空变化浓度梯度的准确把持，并用其定量观测了大肠杆菌对天冬氨酸的驻波变化的浓度环境的响应行为。成果发现细菌群体行为的模式依附于浓度场的变化频率：低频下，菌群的运动与浓度场的变化同步；而高频下，菌群的响应变弱，并且滞后于浓度信号的变更，甚至会抉择凑集在低浓度区域（如图1a-1d所示）。这一现象与经典的细菌群体趋化模型相悖。在斟酌了趋化的分子机制之后修改的模型可以对实验现象做出定量的解释。细菌有限的适应速率导致了菌群在高频下反常行为，而经典的唯像模型是在适应速率取极限情形下的近似。
北京大学物理学院欧阳颀传授课题组与美国IBM T.J.沃森研究所涂豫海教学配合，在最近的研究中发现了细菌在时空变化环境下趋化行为的新现象，并提出了基于个体分子机制的描述群体行为的平均场模型。研究成果持续发表在最近两期的《物理评论快报》上(Frequency-Dependent Escherichia coli Chemotaxis Behavior. Xuejun Zhu, Guangwei Si, Nianpei Deng, Qi Ouyang, Tailin Wu, Zhuoran He, Lili Jiang, Chunxiong Luo and Yuhai Tu, Phys. Rev. Lett. 108, 128101 (2012). 与Pathway-based mean-field model for Escherichia coli chemotaxis. Guangwei Si, Tailin Wu, Qi Ouyang and Yuhai Tu. Phys. Rev. Lett. 109, 048101 (2012))。
图1a-b：振荡浓度环境中不同周期下细菌密度的时空散布，细菌行为依赖于信号的频率（起源自Phys. Rev. Lett. 108, 128101 (2012)）。图2：基于分子机制的新模型猜测在行波浓度环境下，细菌的群速度随波速变化而转变：当波速大于uc时，趋化速度将反向（来源自Phys. Rev. Lett. 109, 048101 (2012)）。
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