浓度梯度与偏倚随机行走

原文：Concentration Gradients

什么是浓度梯度？

溶液中化学物质的浓度指单位体积溶液中有多少这种分子。梯度用来测量某量随地点而变的变化程度。浓度梯度当然就表示浓度随地点而变的变化程度。

现在我们举几个例子。我们把单个分子画成小蓝点。如果分子浓度均匀，即没有梯度，溶液就如下图所示：

没有浓度梯度的溶液

下面再看个浓度有梯度的溶液，如下图所示，右边浓度高，左边浓度低：

有浓度梯度的溶液

假设我们把对着溶液的镜头推远，我们就看不到离散的小粒子了，只看到自左至右的连续梯度。比如滴在水中的食用色素，因为分子太小，我们看不到一个个的食用色素，但是可以溶液的颜色，有些地方浅，有些地方深。我们可以用颜色标记浓度大小，用深粉色表示高浓度，用白色表示低浓度，浓度梯度连续变化，如下图所示：

用颜色变化表示浓度梯度

浓度梯度与行走有什么关系？

还记得偏倚随机行走吗？偏倚总是需要理由的。细菌就是靠某种特别的化学物质的浓度梯度来做偏倚行走的。即使每一步选取的行走方向是随机的，但是细菌向高浓度方向走的步长要比向低浓度方向走的步长要更大一些。

下图就是浓度梯度背景中的偏倚随机行走。

浓度梯度背景中的偏倚随机行走

细菌向高浓度或低浓度走能获得什么信息？

细菌边移动边探测某特殊化学信号。如果细菌在向化学信号分子高浓度方向运动，它会越来越频繁地探测到化学信号分子。如果细菌在向化学信号分子低浓度方向运动，它探测到化学信号分子的次数越来越少。细菌最终确定随机行走偏倚性的方向和强度。