【問題】微生物VS甘油

[xu3u4rmp4 10]

之前做過一個實驗題，

內容大約是把會動的細菌之培養液加入不同比例的甘油，

觀察運動情形如何受到影響。

結果是：

細菌液：甘油＝ 4:1→細菌正常游動

細菌液：甘油＝ 1:1→細菌不游動

推測原因。

講評時給的答案是可以用甘油的黏滯性或滲透壓來解釋。

今天重複了這個實驗，只是把微生物換成眼蟲＋草履蟲，

但結果是在兩種比例下都不游動。

重複了好幾次後，都得到一樣的結果。

該如何解釋呢？

我自己的猜測如下：

如果純粹就黏滯性探討，

那麼可能的原因就是「細菌和草履蟲的運動功率／質量比不同（細菌較高）」

但是因為對微生物運動效率不瞭解，所以這個解釋並不是很有力。

如果用滲透勢造成失水影響生理反應來解釋的話，

以甘油對水的濃度而言，又似乎太高了（所以應該在兩種混合液中都不會動）……

以上是我的猜測。

有沒有更好的解釋呢？

[Kohinoor 10]

細菌表面積/體積比 大

受到的液體阻力大 相對的也更能利用鞭毛推動

船在水中阻力大 但是在阻力小的空氣中反而無法推動..

(和反作用力有關??)

以上是我的亂猜 可能也有影響

[異蝦 10]

之前做過一個實驗題，

內容大約是把會動的細菌之培養液加入不同比例的甘油，

觀察運動情形如何受到影響。

結果是：

細菌液：甘油＝ 4:1→細菌正常游動

細菌液：甘油＝ 1:1→細菌不游動

推測原因。

講評時給的答案是可以用甘油的黏滯性或滲透壓來解釋。

今天重複了這個實驗，只是把微生物換成眼蟲＋草履蟲，

但結果是在兩種比例下都不游動。

重複了好幾次後，都得到一樣的結果。

該如何解釋呢？

我自己的猜測如下：

如果純粹就黏滯性探討，

那麼可能的原因就是「細菌和草履蟲的運動功率／質量比不同（細菌較高）」

但是因為對微生物運動效率不瞭解，所以這個解釋並不是很有力。

如果用滲透勢造成失水影響生理反應來解釋的話，

以甘油對水的濃度而言，又似乎太高了（所以應該在兩種混合液中都不會動）……

以上是我的猜測。

有沒有更好的解釋呢？

從流體力學的角度來看，流體的特性不是單從黏滯力來看，

我們判斷流體的物理性質主要是依據其"雷諾數"，

雷諾數才是決定流體特性的關鍵。而雷諾數的大小跟:

黏滯係數，流體速度，物體尺度(在這裡即指細菌或其鞭毛大小)

等物理量皆有關係。

所以，就算是準備了相同的液體，對於大小不相同的生物來說，

他們感受到的液體特性是大不相同的。

例如，螞蟻會感覺到純水超黏，在水中難以前進。

我們則不會感覺水那麼黏。實際上這是黏滯係數相同，雷諾數卻不相同的原因。

人類的體型比螞蟻大得多，雷諾數也因此變大很多了。

了解雷諾數的重要性之後，才能進一步去思考你遇到的問題。

不同生物在液體中前進，他們運用的動力學機制並不一樣，

不同的動力學機制，其適用的雷諾數範圍不一樣。超出範圍就游不動。

而且就算是同樣的物理機制，也會因為其尺度不同(例如都是鞭毛，大小卻不一樣)

從而得到不同的雷諾數，感受到不同的流體特性。

微生物在流體中運動的力學問題，相關的研究說不定有很多了? 這我不完全清楚，

我不是做這方面的研究。不過以我對流體力學的了解，還是可以幫大家指引一個

正確的思考方向。

[訪客]

細菌有細胞璧，甘油要透過高滲透壓造成細菌死亡比較沒那麼快？

細菌對環境變化的忍耐度比較高？

[jordan0418 10]

這是今年雲嘉區生物科

實驗能力競賽的考題

我也有參加

在賽後我問過物理老師

他也說是跟雷諾數有關

但詳細情形因為有關生物

他也不太清楚

[noah 10]

直接問彰師大的教授不是比較快

反正很近