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作者：谢子淮

螺旋体菌，作为一种独特的微生物，其独特的运动机制一直是生物学研究的热点。在动态流体环境中，螺旋体菌展现出了令人惊叹的游动能力，这种能力与其内部的细胞骨架纤维密切相关。

我们的研究专注于低雷诺数环境中细丝的动力学模型，特别是在描述具有较小弯曲和扭转模量的生物细丝时，所面临的挑战。为了解决建模精度问题，我们开发了一个算法，使用有限体积的方法来模拟细丝的动力学。

通过评估之前解决的一些低雷诺数环境中各向同性细丝的测试用例，我们的算法展现出了其有效性。同时，我们也为这些测试用例的修改版本提供了更深入的理解。

螺旋体菌通过其螺旋细胞体进行游动，从右旋（RH）到左旋（LH）的螺旋交替进行。这种游动方式从细菌的一端开始，并以约10 µm/s的速度在细菌的两端之间进行。当第一个RH到LH螺旋连接移动到细菌的远端时，通常会形成第二个拐点。

这种独特的运动能力得益于螺旋体菌内部的一组由多个MreB蛋白同源物（SpMreB）和名为Fibril（Fib）的蛋白组成的螺旋细胞骨架丝状物质。这些丝状物质呈带状配置，形成一组平行的丝状物质，贯穿整个螺旋体菌的长度，沿着最短的螺旋路径。

尽管已经确定了螺旋体菌前端的刚性结构，但关于触发从RH到LH的初始螺旋变化的机制仍是一个谜。更令人困惑的是，螺旋体菌还能够从其尾部开始引发一个或多个拐点，向头部进展。这种化感性反应较为罕见，并且涉及到了细胞结构在螺旋体菌运动中的角色。

为了了解螺旋体菌如何在不同的环境中生存，包括哺乳动物的肠道、昆虫的唾液腺和血淋巴、以及植物的气孔和韧皮部，我们致力于研究螺旋体菌的固有特性及其运动中的角色。

为了验证螺旋体菌如何对外部环境粘度的变化作出响应，以及细胞骨架如何将力和扭矩传递给细胞膜，我们使用Navier-Stokes方程来描述流体与螺旋体菌的相互作用。

通过比较流体中惯性项和黏性项的大小，我们得出了它们的比值，并使用有限体积法来确保流体动力学的连续性方程得到满足。我们的模型还考虑了RFT阻力，并使用有限体积算法来确保力和力矩的总和为零。

在低雷诺数下，我们观察到细丝的动力学行为显著不同于高雷诺数环境。在模拟中，我们使用了有限体积算法来正确平衡力和力矩，这为我们提供了更准确的动力学模型。

通过比较实验观察和模拟结果，我们发现基于弯曲的机制可以准确预测螺旋体菌的运动何时形成螺旋簇。我们的研究结果表明，基于弯曲的机制在螺旋体菌的运动中起主导作用，从而暗示了该机制的重要性，尽管螺旋体菌细胞骨架如何产生运动的具体细节仍不清楚。

这项研究不仅为我们理解螺旋体菌的运动机制提供了新的视角，也为未来研究其在不同环境中的适应性和运动策略奠定了基础。

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