細(xì)菌通過多個(gè)趨化受體來感受周圍不同的化學(xué)小分子，主動(dòng)游動(dòng)，實(shí)現(xiàn)獲得更好的生長(zhǎng)環(huán)境或者實(shí)現(xiàn)趨利避害。但不是強(qiáng)的正趨小分子都是很好的可利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)——好聞的不一定有營(yíng)養(yǎng)，同樣，也不是容易代謝的營(yíng)養(yǎng)就是強(qiáng)的趨化因子——有營(yíng)養(yǎng)的不一定好聞。細(xì)菌在自然界中往往面臨多種不同強(qiáng)弱的趨化小分子，多種不同可代謝程度的營(yíng)養(yǎng)來源的復(fù)雜濃度梯度環(huán)境中，細(xì)菌群落是如何通過趨化行為抉擇它們的去向，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化它們的環(huán)境適應(yīng)性與生長(zhǎng)速度？細(xì)菌在個(gè)體與群體的選擇上是否有不同？這一基于細(xì)菌的生物行為的研究也許對(duì)了解復(fù)雜的高等生物的群體行為也有所幫助。

北京大學(xué)物理學(xué)院/北京大學(xué)定量生物學(xué)中心歐陽頎院士領(lǐng)導(dǎo)的“生物物理”團(tuán)隊(duì)的羅春雄研究組在基于微流體細(xì)菌趨化分析芯片的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：在反向不同引誘物濃度梯度下，細(xì)菌首先趨向聚集于強(qiáng)引誘物而少營(yíng)養(yǎng)的一端，但當(dāng)細(xì)胞密度超過一個(gè)閾值時(shí)，細(xì)菌群落部分“逃逸”強(qiáng)引誘物濃度場(chǎng)，游向趨化因子相對(duì)弱但可代謝物質(zhì)富集的一端。這一現(xiàn)象被刻畫為細(xì)菌群體運(yùn)動(dòng)的“逃逸相變行為”。羅春雄研究組通過與美國(guó)IBM沃森研究中心的涂豫海教授（北大定量生物學(xué)中心資深訪問學(xué)者）合作，對(duì)此現(xiàn)象涉及的趨化受體間的協(xié)作行為進(jìn)行了系統(tǒng)細(xì)致的理論分析和實(shí)驗(yàn)論證，發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過數(shù)量較少的Tap趨化受體進(jìn)行了響應(yīng)行為，而且在較大的一個(gè)趨化響應(yīng)參數(shù)空間均會(huì)出現(xiàn)由細(xì)菌密度超過臨界密度而產(chǎn)生的逃逸條帶（“Escape Band”）行為，該行為可以使得細(xì)菌群落在復(fù)雜的趨化物濃度場(chǎng)中獲得更好的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)的定量實(shí)驗(yàn)與理論研究以“The escape band in Escherichia coli chemotaxis in opposing attractant and nutrient gradients”為題于2019年1月23日在線發(fā)表于Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）雜志上。

細(xì)菌群體趨化運(yùn)動(dòng)的“逃逸相變行為”

文章第一作者為北京大學(xué)定量生物學(xué)中心博士研究生張玄麒，通訊作者為北京大學(xué)物理學(xué)院/定量生物學(xué)中心羅春雄教授及美國(guó)IBM沃森研究中心/定量生物學(xué)中心的涂豫海教授，參與人包括歐陽頎院士，前沿交叉學(xué)科研究院博士研究生司光偉、董一名，物理學(xué)院博士研究生陳凱悅。工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、物理學(xué)院介觀物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)定量生物學(xué)中心、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的支持。