細菌コロニーの成長におけるパターン形成は、実験的に広く研究されてきました。結果として生じる形態は、成長条件に依存するようです。密枝形態（DBM）や拡散律速凝集（DLA）といったよく知られた形態も含まれますが、より複雑なパターンや時間的挙動も見られます。
細菌コロニーにおけるパターン形成に関する研究は、枯草菌（Bacillus subtilis）とプロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）において数多く行われてきました。コロニーの成長を数理モデル化することで、観察された形態や環境変化の影響を再現することができます。用いられるモデルには以下のようなものがあります。
枯草菌のコロニー
ペトリ皿上の枯草菌コロニーは、制御された条件下で増殖することができます。寒天濃度（培地の硬度を制御可能）と栄養濃度を変化させることで、コロニーの外的ストレスに対する反応を研究することができます。以下の増殖条件において、異なる形態が観察されます。
- 栄養価が高く、硬さは中程度
- エデンのような成長 [1]
- 栄養分レベルが高く、培地の硬度はやや軟らか
- 同心円状の周期的な成長 [2]
- 栄養価が高く、柔らかい中程度の
- 均一な円盤状の成長 [3]
- 栄養レベルが低く、硬さは中程度
- DLA生育 [4]
- 栄養レベルが低く、培地が柔らかい
- DBM生育 [5]
成長条件を変えることで完全な形態図を描くことができる。[6]
これらの異なる形態は、反応拡散モデルから得ることができます。この種のモデルは、異なる形態にどのメカニズムが関連しているかを評価するのに役立ちます。細菌の密度と栄養濃度という2つのフィールドを用い、細菌が外部条件の悪化に応じて運動性を高める可能性があることを考慮することで、完全な形態図を得ることができます。つまり、この特定のケースでは、培地中の拡散と細菌の反応が重要な要因となります。
参考文献
- 松下正之、脇田潤、伊藤秀、ラフォルス一、松山剛志、坂口秀、三村正之 (1998).「細菌コロニーにおける界面成長とパターン形成」. Physica A: 統計力学とその応用. 249 ( 1–4 ). Elsevier BV: 517–524 . Bibcode :1998PhyA..249..517M. doi :10.1016/s0378-4371(97)00511-6. ISSN 0378-4371松下らによる枯草菌の実験
- ラカスタ、午前中。カンタラピドラ、IR;オーゲ、CE;ペニャランダ、A.ラミレス・ピシーナ、L. (1999-06-01)。 「細菌コロニーにおける時空間パターンのモデリング」。物理的レビュー E . 59 (6)。アメリカ物理学会 (APS): 7036–7041。arXiv : cond-mat / 9904367 。ビブコード:1999PhRvE..59.7036L。土井：10.1103/physreve.59.7036。ISSN 1063-651X。PMID 11969692。Bacillus Subtilis の反応拡散モデル。
外部リンク
細菌の増殖パターンを示す画像をさらにいくつか掲載しています
- http://www.genomenewsnetwork.org/articles/05_03/stress_art.shtml
- http://star.tau.ac.il/~eshel/gallery.html
