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本文聚焦盘基网柄菌（Dictyostelium）细胞群，借助光片成像技术，揭示其沿营养信号梯度迁移时呈现类似 “活性液滴” 的行为，如周期性脱落细胞团触发分化、涡旋运动影响细胞命运等，为理解发育和疾病中的细胞群体行为提供新视角。
信号梯度与细胞群动态行为的关联
细胞外信号梯度在组织中调控细胞分布，但细胞群三维形态发生过程中如何响应梯度尚不明确。盘基网柄菌细胞可感知营养源梯度维持未分化状态。通过光片成像同步监测信号、单细胞及群体动态发现，细胞以群体（swarm）形式向营养梯度迁移，前进时在后方沉积细胞团（clump），触发分化程序。传统趋化模型预测连续细胞脱落，而实验中约 60%-70% 细胞以大而稳定的细胞团形式脱落，且脱落不依赖环磷酸腺苷（cAMP）信号，提示存在独特机制。
细胞群的活性液滴模型与周期性脱落机制
细胞群表现出类似活性液滴的物理特性，如表面张力驱动的边界清晰性和细胞团圆形化。建立的粗粒度数学模型将细胞群视为活性液滴，包含表面张力（κ）、黏度（η）和活性参数（ξ）等属性。模型显示，当群体体积超过临界值（Vcr）时，后部细胞因无法感知梯度且受表面张力作用脱离群体，形成周期性脱落。脱落前群体经历伸长阶段，后部速度降低，内部出现负梯度，印证活性液滴的材料特性是模式形成的关键。
梯度动态与细胞群相互作用
细菌梯度在群体内动态变化，前部因细胞 “雪犁” 效应堆积形成局部峰值，后部梯度可能平坦甚至反转。粒子图像测速（PIV）分析表明，细胞群推动细菌前移，梯度形态由群体运动和细菌降解共同塑造。负梯度出现与群体伸长及脱落密切相关，当最小梯度为负时，后部细胞失去位置信息，导致群体伸长并最终脱落细胞团。
涡旋运动与细胞命运决定
模型预测群体内存在涡旋流场，实验通过三维单细胞追踪验证：细胞在群体顶部向前运动速度快于底部，形成类似泊肃叶流（Poiseuille-like flow）的涡旋。涡旋周期约 2-3 小时，脱落时底部细胞更多进入细胞团。这种 “抢椅子”（musical chairs）机制决定细胞命运 —— 处于涡旋不同位置的细胞，因信号感知差异选择增殖或分化，揭示位置依赖的群体决策机制。
材料特性与环境扰动的影响
不同盘基网柄菌菌株和细菌密度下，细胞群表现出团状脱落和延长轨迹两种形态。模型显示，表面张力和活性参数的平衡决定脱落模式，增加环境摩擦（如高细菌密度）会减缓群体速度，促进延长轨迹形成。这表明群体的物理属性与环境相互作用调控形态发生，为跨物种的群体行为研究提供普适性框架。
生物学意义与跨领域启示
该研究揭示活性液滴行为是细胞群体模式形成的基础，整合了物理特性与信号响应。类似机制可能存在于脊椎动物神经嵴细胞迁移、肠绒毛形态发生等过程，尽管分子细节不同，但流体力学特性普遍影响细胞命运和组织形态。研究为理解发育、伤口愈合及肿瘤转移中的细胞群体行为提供了生物物理新视角，强调材料特性在生命过程中的关键作用。
