细菌聚集所形成的生物被膜与临床感染密切相关。其复杂的三维多细胞结构赋予内部成员群体生存优势，包括对抗生素和免疫清除的增强抗性。然而受制于成像分辨率瓶颈，生物被膜中单细胞时空轨迹和谱系分化等生成机制尚不清楚。报告将介绍生物被膜形成的两个跨尺度机制，通过光片显微和纳米点标记技术，突破四维成像时空分辨率至分钟和百纳米级别，实现生物被膜内时空轨迹和谱系追踪，发现细胞集体“喷泉涌动”驱使细菌命运分化和聚落扩张。而集体协作依赖关键外基质蛋白：敲除该关键元件可迫使细胞作为个体不规则地扩张。另外，发现霍乱弧菌依托细胞间通讯实现对其生存适应性至关重要的全新分形褶皱形态程序，证明了群体感应——即细胞间通讯，调节宏观形态发生程序。相关工作表明细菌依托分工和集体协作塑造群落形成，为抑制致病菌生物被膜的生成与扩散提供新思路。