居住在森林里的细菌以形成黏糊糊的大群以其他微生物为食而闻名，当食物缺乏时，它们也可以合作建造蘑菇状的生存避难所，即子实体。现在，普林斯顿大学的一个研究小组发现了这些杆状细菌的物理原理。这些细菌以指纹轮和液晶显示屏上的图案排列，杏耀代理形成子实体的层层结构。这项研究发表在《自然物理》杂志上。
“在某些方面，这些细菌正在教给我们一种新的物理，”路易丝-西格勒综合基因组学研究所(Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics)的物理学教授约书亚·沙维茨(Joshua Shaevitz)说。这些问题存在于物理学和生物学的交叉点。你需要同时了解这两种生物才能理解这些生物。”
黄粘球菌(Myxococcus xanthus，简称Myxo)是一种具有惊人合作行为的细菌物种。例如，大量的Myxo细胞聚集在一起，形成一个单一的波动团，成群结队地冲向它们的猎物，以捕食其他细菌。
然而，当食物缺乏时，杆状细胞就会堆叠在一起，形成被称为子实体的软软的生长体。在子实体中，一些Myxo细胞会转化成孢子，当新鲜的营养物质到达时，孢子能够重新启动整个群体。但到目前为止，科学家们还不清楚这些杆状体是如何获得开始攀爬到彼此顶端并形成水滴状结构的能力的。
为了进一步了解这些细菌的行为，研究人员设置了一台能够在三维空间上跟踪Myxo的显微镜。科学家们录下了这些杆状微生物的视频，这些微生物像奔跑的角马一样紧密地聚集在一起，在显微镜的培养皿中以条状的方式相互旋转，形成了类似指纹的图案。
研究人员观察到，当两条线相交时，交叉点正是新细胞层开始形成的地方。细菌开始堆积，形成了一种只有向上的状态。
“我们发现这些细菌是利用细胞的特定点对齐,强调构建,使殖民地建设新细胞层,一个在另一个之上,“里卡德警告说,中心在普林斯顿大学做博士后研究理论科学和研究的co-first作者之一。“这就是这个蜂群对饥饿的最终反应。”
研究人员称聚集细胞碰撞的点为“拓扑缺陷”，这个术语指的是描述这些奇异点的数学方法。拓学是数学的一个分支，它发现茶杯和甜甜圈等物体之间的相似性，因为其中一个可以被拉伸或变形成另一个。
“我们称这些点为拓扑，因为如果你想摆脱这些缺陷中的一个，你不能通过平滑变换来做到——你不能仅仅通过扰乱细胞的排列来摆脱失去排列的那个点，”Alert说。“拓扑学是关于你能做什么，不能做什么，通过数学中的平滑转换。”
Myxo细菌细胞的行为很像液晶，这种液体存在于智能手机屏幕中，由棒状分子构成。然而，与被动液晶不同，Myxo棒是活的，可以爬行。研究人员说，细菌很可能已经进化到同时利用被动和主动因素来构建子实体。
刘易斯-西格勒研究所(Lewis-Sigler Institute)副研究员凯瑟琳·哥本哈根(Katherine Copenhagen)是这项研究的第一作者之一，她在显微镜下拍摄了细胞的视频，并分析了结果。她说，一开始团队并不确定他们在看什么。
“我们试图研究层形成在细菌中发现这些细胞如何构建这些水滴,我们刚刚得到一个新的显微镜,所以我把样品的细菌从另一个项目,与层形成在显微镜下和成像它几个小时,“哥本哈根说。“下次我们组聚在一起的时候，
杏耀平台的体会，我说，‘我有这个视频，让我们看一看。’我们被眼前的景象迷住了。”
研究人员接受的物理学和生物学训练的结合，使他们能够认识到垂直层是如何形成的新的理论见解。“这说明了普林斯顿合作文化的价值，”霍华德大学(Howard A.)生命科学前教授、分子生物学教授、刘易斯-西格勒研究所(Lewis-Sigler Institute)教授内德·温林(Ned Wingreen)说。“我们彼此聊天，分享疯狂的想法，向彼此展示有趣的数据。”
“我记得很清楚的一个时刻，”Alert说，“是在项目开始的时候看这些视频，杏耀然后开始意识到，等等，层是否恰好形成了拓扑缺陷?这是真的吗?”为了探究这些结果，他通过数值和分析计算进一步证实了这些研究结果。
“看了这些电影之后，我的第一感觉就来了，那是很酷的一刻，”他说。
