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形态特征对原生生物在受限微流控环境中运动导航行为的调节：基于 E. gracilis 与 E. acus 的比较研究
《Lab on a Chip》：Motility patterns of Euglena species in confining microfluidic geometriesOpen Access
【字体： 大 中 小 】 时间：2026年10月03日 来源：Lab on a Chip 5.4
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打开图形查看器 原生生物依靠运动能力来探索周围环境，从而获取营养和光照等资源，同时避开不利条件和捕食者。为
原生生物依靠运动能力来探索周围环境，从而获取营养和光照等资源，同时避开不利条件和捕食者。为了深入理解运动能力和形态适应性如何调节空间导航以及与限制性物理环境的相互作用，本研究分析了E. gracilis和E. acus的运动特性。这两种原生生物具有相似的整体体型，但在鞭毛长度和细胞膜结构上存在差异。实验在逐渐增加限制性的微流控装置中测量了它们的运动能力，这些装置包括准开放空间（0D）、单壁环境（1D）以及双壁环境（2D），其中包含不同几何形状和复杂性的角落和通道。通过单细胞游动轨迹、壁面散射动态、捕获时间、推进模式切换、游动速度以及通过结构化环境的成功导航情况来表征它们的人工藻类的运动特性。在低限制条件下观察到了五种不同的壁面散射行为。两种物种主要通过碰撞介导的散射来摆脱几何限制。E. gracilis表现出更大的平均偏转角度和更快的轨迹变化。在2D角限制环境中，E. gracilis的捕获时间更长，偏转角度也更大，这表明其与壁面的相互作用更为显著。在强侧向限制条件下（通道宽度约为细胞直径的1-2倍），两种物种从鞭毛游动转变为依靠摩擦力的前后运动，并伴随细胞膜的变形（代谢行为）。这些运动行为的转变依赖于几何形状和物种特性。E. acus在高度曲折的通道中表现出更高的代谢行为频率，而E. gracilis则更多依赖鞭毛推进和前后运动。当从近乎直线的通道中出来时（通道曲率较低），E. gracilis采用曲线轨迹，而E. acus的轨迹更为直线。我们的结果表明，E. gracilis对限制环境没有明显适应性变化，而E. acus表现出类似“方向记忆”的运动特性，其在开放空间中的轨迹受到前一个通道几何形状的显著影响。这些观察结果支持了这样的假设：形态特征（如鞭毛长度和细胞膜组织）调节了运动行为的差异。这些发现为理解形态特征如何影响结构化微环境中的导航提供了框架，并为微流控系统的设计提供了依据，例如基于运动的细胞分选、光微生物反应器和生物计算等应用。
