科学家解释了进化光合作用和给地球供氧的古老藻类的独特形成

汪雨甘捍

蓝藻形成的网状图案。较亮的区域对应较密集的细丝束。学分:诺丁汉特伦特大学/拉夫堡大学

（）据诺丁汉特伦特大学：科学家首次揭示了蓝绿色藻类——在死水、河床和海岸中可以看到光滑的绿色粘液——是如何将自己编织成大型网状结构的。

诺丁汉特伦特大学和拉夫堡大学的一个团队揭示了蓝细菌形成的几何图案背后的物理机制，蓝细菌是地球上最古老和最丰富的生命形式之一，在我们星球的进化中发挥了关键作用。

这项由博士生Mixon Faluweki和Jan Cammann共同领导的研究发表在《物理评论快报》上。

古代蓝藻是最早发展光合作用的生命形式，负责向地球环境中注入氧气，从而为我们今天所熟悉的复杂生命形式的出现奠定了基础。

今天的蓝藻在维持今天的大气和海洋的组成方面继续发挥着关键作用。为了帮助它生存，许多物种还生长成长链细胞，这些细胞在表面爬行，并在数小时或数天内编织成紧密捆绑的细丝大网络。

然而，直到现在，这些网状或网状图案的起源一直困扰着科学家。

使用先进的显微镜技术，模拟和理论模型，研究人员揭示了线状细丝之间的相互作用如何导致它们捆绑在一起并构建结构。

他们发现，当蓝细菌以足够高的密度存在时，它们开始组织成网状模式，这是一些简单规则的结果。

随着细菌的移动，它们会相互碰撞。在大多数情况下，细丝从彼此上方或下方穿过，但偶尔一个会偏转并转向与另一个并排行进。在其中一根分裂之前，这两根细丝会相互跟随一段时间。

这些相互作用导致排列成束的细丝的形成，这些细丝将更密集的群体组织成蔓延的网络。

研究人员开发了一个模型，成功预测了涌现模式的典型密度和规模，包括细丝的运动和形状波动。

该团队表示，这些发现为激励未来研究不同类型的细菌如何自我组织形成结构铺平了道路。

这可能会提高我们对细菌生物膜——附着在表面上并相互附着的细菌的集合——是如何形成的理解。鉴于它们在各种过程中的核心作用，如人类感染、环境退化和生物工程，这一知识至关重要。

拉夫堡大学应用数学助理教授Marco Mazza博士说:“我们已经证明，蓝藻菌落的涌现模式可以理解为独立移动的细胞通过简单的相互作用而产生的集体结果。

"如果小心应用，非平衡统计力学的现代工具甚至可以在生命系统中提供强有力的预测."

诺丁汉特伦特大学科技学院物理学教授卢卡斯·戈林(Lucas Goehring)博士说，“蓝藻是地球上最丰富、最古老的生物之一，并创造了光合作用。它们也可能是最早进行多细胞实验的生物。

“这种非常重要但不起眼的微生物参与了具有全球重要性的过程，如氧和氮的平衡。尽管它对复杂生命的发展很重要，但是，直到现在还没有找到机制来解释它们的集体行为。”