聚集前盤基網(wǎng)柄菌的行為研究

1、聚集前盤基網(wǎng)柄菌的運(yùn)動行為,報(bào)告人：陳玉竹指導(dǎo)老師：陳唯2016.06.16,盤基網(wǎng)柄菌的生物學(xué)性質(zhì),從孢子殼中孵化環(huán)境良好：單細(xì)胞環(huán)境惡劣： 產(chǎn)生cAMP信號（環(huán)腺苷酸） →自發(fā)聚集形成粘聚菌 →頂部長有孢子的植株饑餓處理；在顯微鏡下觀察聚集前運(yùn)動規(guī)律,圖片來源http://old.hssyxx.com/zhsj/kexue-2/co6-1/6102/Image1406.gif,生物系統(tǒng)——物理

2、模型,隨時(shí)間的擴(kuò)散半徑——均方位移(Mean squared displacement)朗之萬方程 對布朗運(yùn)動： 隨機(jī)項(xiàng) 能均分定理，即=const t>>λ/m時(shí)存在線性關(guān)系,,,,,,,,,,,,,,,,2016.5.18. 王冬逸、王子為組.,對t時(shí)刻的某個(gè)點(diǎn)作一邊長為2r的正方形區(qū)域，若

3、t+1時(shí)刻有且只有一個(gè)點(diǎn)落在該區(qū)域內(nèi)，則將其標(biāo)記為同一個(gè)id. 否則賦予新的id.,t>15000s的長軌跡,Id-長度分布,Msd——算法,Msd1——取每條軌跡的每個(gè)點(diǎn)順次計(jì)算.Msd2——比對每張圖與之后的圖，找相同的id計(jì)算.Msd3——對每條軌跡，它的時(shí)間-軌跡數(shù)組總長為n，shift后兩軌跡相減. 共shift(n-1)次. 對第k次shift，取相減后數(shù)組前(n-k)行矩陣元，即Δt等于k時(shí)的坐標(biāo)差.,,Msd~

4、t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,t較小,t適中,,,R=0.9999,R=0.9997,,,Msd——分析,T較小時(shí)對布朗運(yùn)動，若不滿足t>>λ/m ：Ornstein和Fiirth的結(jié)果：當(dāng)t很小時(shí)，可泰勒展開得到,T較大時(shí)前部分為良好的線性關(guān)系后部分 1. 追蹤長度有限，樣本數(shù)過小 2. 照片邊界 3. 培養(yǎng)皿的圓形邊界 4. 若樣本數(shù)足夠應(yīng)當(dāng)穩(wěn)

5、定在一定值附近(該穩(wěn)定值與邊界條件有關(guān)).,,,,,,,,,,,,,所有細(xì)胞速率分布直方圖,麥克斯韋速率分布,圖片來源https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/19/Maxwell-Boltzmann_distribution_pdf.svg/,同一時(shí)刻細(xì)胞的速率分布、細(xì)胞平均速率隨時(shí)間的變化關(guān)系,t=0s t=20000s t=40000s t=60000

6、s,平均速率,標(biāo)準(zhǔn)差,,,數(shù)量、平均面積隨時(shí)間的變化,變小 猜想：有水 or 分裂 or 聚集如果僅是有水，那么變多？可能剛好拍攝到聚集處？——但到拍攝結(jié)束時(shí)也沒開始聚集，無從判斷,同一id細(xì)胞速率隨時(shí)間的變化關(guān)系,id=4 id=29758 id=57509,“反?！彼俣鹊某梢?猜想：某個(gè)細(xì)胞離開邊界的同時(shí)有其他細(xì)胞進(jìn)入到其原先識別區(qū)域內(nèi)細(xì)胞變形、分裂或合體導(dǎo)致質(zhì)心突變某些細(xì)胞的速度確實(shí)如此——比對軌跡及動畫

7、觀察,討論與改進(jìn),對“反?！彼俣龋惴ūＷCΔt<3000s時(shí)樣本數(shù)在 106量級及以上，因此影響較小.為排除“反常”速度，標(biāo)記時(shí)增加條件：若某個(gè)id對應(yīng)的細(xì)胞面積突變，則認(rèn)為其丟失.對邊緣的細(xì)胞，如果有質(zhì)心坐標(biāo)離邊界小于平均半徑，則認(rèn)為其丟失.根據(jù)速率分布及分析結(jié)果修正r.可進(jìn)一步研究造成面積減小的原因，及面積與運(yùn)動情況的關(guān)系可針對細(xì)胞平均面積隨時(shí)間明顯減小的情況，分段處理數(shù)據(jù),結(jié)論及感想,均方位移在t較小時(shí)與

8、時(shí)間成冪次關(guān)系，指數(shù) ，隨著t增大過渡到線性關(guān)系，擴(kuò)散系數(shù)為 . 后因邊界條件限制，均方位移不再增加. 生物系統(tǒng)是復(fù)雜系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)和分析時(shí)都具有較大的不確定性. 為得到好的識別結(jié)果，制備好的樣品非常重要。在細(xì)胞識別、跟蹤中各參數(shù)的選擇非常重要，應(yīng)充

9、分考慮實(shí)際情況，并通過比對識別結(jié)果與真實(shí)情況，修正和改進(jìn)識別、跟蹤方法。,參考文獻(xiàn),[1] 蘇汝鏗. 統(tǒng)計(jì)物理學(xué). 高等教育出版社. 1990年6月. [2]Uhlenbeck G, Ornstein L (1930). On the Theory of the Brownian Motion. Physical Review 36: 823-841.[3]Aleksandra Radenovie. Brownian Motio