В экспериментах исследователей из Принстонского университета
(США) большие группы бактерий Escherichia coli продемонстрировали
способность совместными усилиями... преодолевать полосу препятствий.
Изменение числа бактерий, находящихся в разных секциях,
со временем. Чётко видны три отдельные группы мигрирующих E. coli,
которые образуются через 0,5, 2 и 4 ч. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)
Длина E. coli — кишечных палочек, постоянных обитателей толстого отдела кишечника человека и животных, — около 2 мкм. Передвигаются эти микроорганизмы, как и многие другие, с помощью жгутиков.
Для наблюдения за перемещением бактерий был создан микроканал шириной 100 мкм, разделённый на 85 секций длиной в 150 мкм. На границах секций устанавливались воронки (см. рис. ниже), причём в 80 случаях воронки смотрели в одну сторону, а в четырёх оставшихся — в другую. Таким способом были сформированы четыре ловушки, сдерживавшие продвижение E. coli.
Учёные помещали в первую камеру некоторое число бактерий и следили за тем, сможет ли хоть одна из них добраться до финиша, перемещаясь в стандартной питательной среде Лурия — Бертани. Как выяснилось, группа из 200 микроорганизмов с этой задачей ещё не справляется, но если на старте находятся 1 000 E. coli, в опыте формируется целых три отдельных мигрирующих «отряда».
Такие результаты авторы связывают с тем, что бактерии, поглощая питательные вещества, создают обеднённые участки; если плотность размещения E. coli достаточно высока, перепады концентрации этих веществ становятся значительными. Поскольку для E. coli характерен хемотаксис (они движутся по направлению к аттрактантам — тем самым питательным веществам), бактерии получают стимул смещаться вперёд и, двигаясь сообща, преодолевают препятствия. При отсутствии питательных элементов в среде E. coli с заданием не справлялись.
Полученные данные также хорошо вписываются в предложенную около 40 лет назад теоретическую модель Келлера — Сегеля, которая описывает формирование и распространение хемотаксических «колец» бактерий в других экспериментах.
По мнению исследователей, подобные эффекты могут наблюдаться и в других, более важных с точки зрения человека биологических системах — к примеру, сообществах мигрирующих раковых клеток. Учёные планируют продолжать опыты и отыскать штамм бактерий, которые будут проходить по микроканалу быстрее других.
Фрагмент созданного учёными микроканала; а = 5 мкм, d = 40 мкм, 2Φ = 60˚.
Как можно заметить, бактерии (зелёные) концентрируются в ловушке,
образованной разнонаправленными воронками. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)
По материалам: physicsworld.com, science.compulenta.ru