科学家研究细菌寻味移动机制

根据甜点的味道，细菌就能找到食物所在地。现在，科学家研究了细菌按照味道向目的地进发的策略模型，为开发能够追踪化学品目标的无人机、纳米机器人奠定基础。

大肠杆菌示意图。

东京大学生产技术研究所（Institute of Industrial Science, the University of Tokyo）研究了从细菌到多细胞真核生物等各种生物体按照味道寻找目标所使用的策略，用数学函数把它们描述出来，制成一套策略理论模型。科学家把生物体的这种功能称为“趋化性”（chemotaxis）。

趋化性使得生物能按照化学物质分布浓度的梯度，逐步被吸引向着浓度越来越高的方向移动，包括很多种形式。研究人员发现比如大肠杆菌（E. coli）采用一种名为“奔跑和翻滚”（run-and-tumble）的方式，这较为常见。这种方式描述的是在移动的不同阶段，采用向随机方向滚动的行进方式。

在此之前一些研究人员开发了一套线性控制理论，并已经应用在工程学领域，但是这对于处理生物系统中较大噪音信号的环境下的非线性情况是不够的。这份研究在这方面进行了改进。

这份研究引入了随机最优控制理论，开发出一套能在较大噪音信号环境下寻味移动的策略模型，能像大肠杆菌那样控制“奔跑和翻滚”的机制进行移动。

这份研究的第一作者中村健人（Kento Nakamura）说，生物体控制它们行为的首要方式是，当化学浓度升高的时候，就向着当前行进的方向采用翻滚的方式。

主要研究者小林彻也（Tetsuya J. Kobayashi）说，这份研究开辟了自动化机器人寻找目的地的新方法。“了解生物体内部的控制机制，有助于利用这些系统的优势设计生物机器人。”

这份研究2月15日发表于《物理评论研究》（Physical Review Research）。