在障碍赛道上的细菌接近食物的速度几乎和在清晰路径上的细菌一样快。
卡耐基梅隆大学的这项新研究发表在《美国国家科学院院刊》上，可以更好地模拟细菌在复杂环境(如人体)中的运动方式。
研究人员在一个1毫米乘1毫米的房间里建造了一个小障碍跑道，上面有正方形和圆形的障碍物，并跟踪细菌是如何穿过它的。
细菌通过“游泳和翻滚”的方式移动——它们在一条直线上游一会儿，然后在一个圆圈里翻滚，然后向一个新的方向移动。这些颠簸使细菌能够调整它们的路线。
细菌看不到远处的食物(它们什么都看不见)，但如果食物在环境中扩散，它就会产生一个梯度，细菌可以感知并跟随它走向源头，就像我们可能会跟随美味的气味来到厨房一样。
如果有毒素，同样的过程也适用，但细菌总是试图向下移动而不是向上移动。
这被称为趋化性，已经在细菌中得到了很好的研究，但只有当它们在一个清晰的空间中移动时。
在这个实验中，研究小组建立了多个障碍通道，从0%的障碍覆盖到64%的障碍覆盖，并计算了90%的细菌穿过房间到达食物来源所需的时间。
现有的细菌运动模型预测，障碍物会显著减缓它们的速度，但事实并非如此。该研究的主要作者萨布丽娜·拉希德博士说:“尽管我们增加了障碍物的覆盖范围，但细菌细胞从腔室中逃脱所需的时间大致相同。”
根据这一结果，研究人员追踪单个细菌，观察它们是如何移动的，并发现细菌减少了它们摔倒的频率。拉希德解释说:“当他们朝着正确的方向前进时，他们可以持续更长的时间。”
这种自适应翻滚机制使它们能够补偿它们必须绕过障碍物到达目标的增加的距离。
该小组已经制作了一个更新的细菌运动模型来反映他们的结果，他们希望这个模型可以用来更好地预测细菌在现实世界中的传播，比如大肠杆菌在胃肠道。它可以为治疗提供一个新的角度，“在抗生素耐药性的情况下，也许如果我们想采取物理方法来阻止有害细菌细胞的传播……我们可能会想出一个更好的知情机制来做到这一点。”
它也可以用于研究癌细胞如何在体内移动。虽然癌细胞像细菌细胞一样移动的程度会因不同的癌细胞类型而异，“总的来说，物理环境有某种反馈的想法，这种见解可能是有帮助的，”拉希德说。
和生物学一样，这个新模型也被应用于模拟在紧急情况下搜寻受害者的搜救机器人群。
拉希德解释说:“蜂群机器人的工作方式类似于细菌寻找食物来源的方式。通常情况下，如果你在执行这类搜索和救援任务，机器人必须遇到很多很多障碍。”
利用细菌自适应翻滚机制，群机器人在模拟中更快地找到了目标。
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