游泳方向的定向匹配为细菌的磁趋性（magneto-aerotaxis）提供了竞争优势

《BMC Microbiology》：Directional matching of swimming polarity provides a competitive advantage during bacterial magneto-aerotaxis

　　

摘要

背景

磁性细菌（MTB）利用磁小体被动地与地球磁场对齐。这种磁场的对齐，结合鞭毛的运动能力和趋氧性，使磁性细菌能够进行磁趋氧性运动——这种策略将它们的运动限制在沿着地磁场的方向上的一维轨迹上，据信这有助于它们在水生环境中寻找低氧环境。除了轴向受限的运动外，环境中的磁性细菌还表现出半球决定的游泳极性——偏向磁北极或磁南极——这被认为有助于它们进入缺氧区域。然而，关于匹配的游泳极性如何影响它们向低氧环境导航的系统性和定量评估一直难以实现。在这里，我们使用微毛细管实验来评估模式生物Magnetospirillum gryphiswaldense中极性磁趋氧性的功能意义。

结果

我们发现，当磁场配置与种群的主要游泳极性相匹配时，与游泳极性不匹配的种群相比，趋氧性带的峰值强度可增加多达四倍。使用荧光标记的向北和向南游动的种群进行的竞争实验证实，游泳极性与磁场方向的一致性显著改善了在氧气梯度中的趋氧性带形成。除了我们的主要发现外，我们还注意到与趋氧性相结合的、不受生物磁性影响的光诱导行为反应，这些反应驱动了沿氧气梯度的集体单向迁移。

结论

我们的结果提供了定量证据，表明在导航氧气梯度时，与磁场匹配的游泳极性比极性错误的细胞具有明显的竞争优势。这些发现加强了地磁场在塑造磁性细菌行为中的作用，并突出了磁性细菌游泳极性在环境导航中的适应价值。我们对光触发行为的观察进一步表明，存在一种补充磁趋氧性行为的额外感知机制，这凸显了M. gryphiswaldense复杂的感知能力。

背景

磁性细菌（MTB）利用磁小体被动地与地球磁场对齐。这种磁场的对齐，结合鞭毛的运动能力和趋氧性，使磁性细菌能够进行磁趋氧性运动——这种策略将它们的运动限制在沿着地磁场的方向上的一维轨迹上，据信这有助于它们在水生环境中寻找低氧环境。除了轴向受限的运动外，环境中的磁性细菌还表现出半球决定的游泳极性——偏向磁北极或磁南极——这被认为有助于它们进入缺氧区域。然而，关于匹配的游泳极性如何影响它们向低氧环境导航的系统性和定量评估一直难以实现。在这里，我们使用微毛细管实验来评估模式生物Magnetospirillum gryphiswaldense中极性磁趋氧性的功能意义。

结果

我们发现，当磁场配置与种群的主要游泳极性相匹配时，与游泳极性不匹配的种群相比，趋氧性带的峰值强度可增加多达四倍。使用荧光标记的向北和向南游动的种群进行的竞争实验证实，游泳极性与磁场方向的一致性显著改善了在氧气梯度中的趋氧性带形成。除了我们的主要发现外，我们还注意到与趋氧性相结合的、不受生物磁性影响的光诱导行为反应，这些反应驱动了沿氧气梯度的集体单向迁移。

结论

我们的结果提供了定量证据，表明在导航氧气梯度时，与磁场匹配的游泳极性比极性错误的细胞具有明显的竞争优势。这些发现加强了地磁场在塑造磁性细菌行为中的作用，并突出了磁性细菌游泳极性在环境导航中的适应价值。我们对光触发行为的观察进一步表明，存在一种补充磁趋氧性行为的额外感知机制，这凸显了M. gryphiswaldense复杂的感知能力。