虽然我们倾向于认为它们是世界上孤独的寄居者，但细菌实际上是非常社会化的生物。事实上，绝大多数细菌通过形成“生物膜”生活在表面上：三维社区容纳数千到数百万这种繁忙活动的细菌，科学家将其描述为“细菌城市”。
细菌通过在各种各样的表面上相互连接形成生物膜：海洋，湖泊或河流的底部，医疗设备甚至内部器官，如肠，肺和牙齿 - 后者是熟悉的牙菌斑，牙医的大量收入来源。
简而言之，生物膜是细菌的首选生活方式。它们变得宽阔而厚实，在其成员微生物中形成一种新的社会动态，同时也为它们辩护：生物膜可能是众所周知的抗生素难以接近的，这就是为什么他们已经吸取了大量的医学研究。
但是，观察生物膜也可以为我们提供更广泛的社会动态线索，这些线索已经塑造了整个地球上物种的进化，如合作，竞争等。正是这些问题推动了EPFL微生物力学实验室主任Alexandre Persat的工作。 。
“大约百分之九十的地球表面的细菌生命以生物膜的形式存在”他说。“因为这些结构非常密集，它们会使许多物种接近，这使它们在社会上相互作用，从而推动它们的进化。因此，竞争或合作等社会互动的结果取决于这些细胞的空间排列。生物膜中的细胞结构和细胞组织，例如混合或分离，目前尚不清楚。“
在一项新的研究中，Persat小组的博士生Tamara Rossy扩展了我们对生物膜的看法，以了解物理线索如何影响它们的发育 - 更具体地说，它们是如何受到周围流体流动的影响。“无论是在海洋，肺部感染皮肤，肠道微生物群 - 流体的物理学都普遍存在于生物膜中，”罗西说。“我们想研究流动如何改变他们的空间组织。”
为此，Rossy必须首先创建一个可在可控流量条件下研究的模型生物膜。她选择了两种不同的细菌Caulobacter crescentus克隆，这种细菌通常存在于淡水湖泊和溪流中，并经历一个“秆”细胞阶段，使其能够锚定在表面，定殖它们，并形成生物膜。罗西在微流体芯片中培养细菌，在其中她可以小心地控制流过半毫米宽的通道的微量液体。
Rossy在单细菌水平上成像生物膜，以监测每种流速对细菌菌落的影响。结果显示不同流量之间的结构存在显着差异：在流量较弱的情况下，生物膜非常密集。在更强的流动中，细菌在稀疏的簇状生物膜中生长。
为了理解这个过程，Rossy建立了一个物理模型，让人联想到流体系统中分子的运输。使用它，她发现更强的流动可以显着损害细菌向表面游动并定殖它的能力，导致稀疏的菌落。
但是一些结果也是违反直觉的。“高流速降低了游动细菌侵入现有殖民地的可能性，”罗西说。“为了在如此高的流量中生长，单个细胞依赖于靠近其母细胞的子细胞的直接附着。”
更强的流量也使两个种群隔离开来，对生物膜栖息细菌之间的整体社会动态产生潜在的显着影响。“低流量和高流量对生物膜的排列和结构非常重要，”Persat说。“这表明流动，更一般地说，生物膜的物理环境可以影响细菌物种的进化历史;至少在我们使用的不同细菌克隆之间是如此，但它很可能适用于不同的细菌种类。”
“生物膜是微生物生命的一个非常迷人和重要的方面，”他总结道。“我们现在才意识到物理原理如何指导他们的建筑以及这如何反馈到细菌生理学和进化中。但我们只是在这里触及表面 - 还有很多东西需要学习。”