撰文 | 苏澄宇
有网友在网上发帖，自己泡的杨梅，泡了几天成了这样：
图源：就知道吃吃吃/xhs
照片中，一碗红宝石色的杨梅汁液表面，竟浮着一层白色不明网状物，如同神经网络或微缩的城市地图。
这层白网是一个高效且高度组织的微观生命系统——生物膜（Biofilm），也常被称为菌膜（Pellicle）。
图源：beerandbrewing
生物膜的“建筑师”是环境中无处不在的微生物，主要是好氧的细菌和酵母菌。它们搭乘空气或附着在杨梅果皮上进入这碗“营养液”中。在富含糖分和氧气的水面，它们找到了理想的栖息地，开始迅速繁殖。
但真正厉害的点在于其“节点+网状”的结构。这种形态不是随机的，而是微生物在特定环境下通过自组织（Self-organization）形成的。
是不是感觉和第一张图差不多，除了“泡泡”变大了 丨The Redneck Hippie
自组织是指一个系统在没有外部指令的情况下，仅通过局部简单的相互作用，自发形成宏观有序结构的过程。
而这个过程的驱动力有着基本生存法则：
首先，微生物需要水中的糖分，也需要空气中的氧气。因此，液-气界面是它们的“黄金地段”。
其次，菌落的扩张需要消耗能量。相比像地毯一样均匀铺开，沿着特定路径伸出“触手”去探索新地盘，是能量效率最高的策略。这与树根在土壤中寻找水分和养分的模式如出一辙。
起初，少数“先驱”微生物在水面不同位置形成菌落“节点”。随后，为了探索更多资源并连接其他菌落，它们会沿着物理化学条件最优的路径延伸，形成“网状”结构。
这种分形生长模式在自然界中很常见，例如闪电的路径、雪花的晶体，它们都是在特定物理法则下形成的能量最优解。
图源：wikipedia
当然，要形成如此“完美的”结构最重要的还是环境。
这种网状菌膜是特定微生物在静止、营养适中且存在清晰氧气梯度的环境下，通过运动、生产EPS等一系列复杂生命活动，最终呈现出的高度自组织的宏观形态。
在微生物学家眼中，这种结构远比一盘均匀生长的菌落或一瓶浑浊的菌液要复杂和高级得多。问题来了，这些单细胞生物是如何协调行动，构建出如此宏伟的结构的？
它们之间存在一种被称为群体感应（Quorum Sensing）的交流机制。
“Quorum”原指决策所需的法定人数。在微生物世界里，这意味着当菌落密度达到一个阈值后，它们会通过释放并感知特定的化学信号分子，来“知晓”同伴的数量。
这就像一个微观的“人口普查”系统。当信号分子浓度足够高，就等于向所有成员宣告：“我们队伍壮大，可以集体行动了！” 这种集体行动包括协同分泌黏性物质来构建生物膜的基质（相当于“建筑胶水”），或者共同产生酶来分解食物。
起皱的生物膜丨American Institute of Physics
群体感应的存在，解释了生物膜为何是一个高度协同的“社会”，而非一盘散沙。正是这种原始的“社交网络”，让简单的微生物得以完成复杂的“工程”。
所以，它还能吃吗？
不能！
参考文献
[1]Nadell, C. D., Xavier, J. B., & Foster, K. R. (2009). The sociobiology of biofilms.
FEMS Microbiology Reviews
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[3]Ben-Jacob, E. (2003). Bacterial self-organization: co-enhancement of complexification and adaptability in a dynamic environment.
Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences
, 361(1807), 1283–1312.
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