Бактерии создают калейдоскопические узоры и демонстрируют коллективное поведение

Ученые из Института Вейцмана обнаружили, что бактерии из мексиканских водоемов при движении формируют уникальные калейдоскопические узоры.

На севере Мексики в бассейне Куатро-Сьенегас ученые обнаружили уникальную водную среду с редкими микробными сообществами, обитающими в экстремальных условиях. В ходе лабораторных экспериментов исследователи увидели, что бактериальные культуры формируют динамические полосы разной прозрачности, которые образуют видимые невооруженным глазом узоры.

Как сообщают ученые в журнале Nature Communications, разные виды бактерий, всплывающие к областям с более высокой концентрацией кислорода, создают модели самоорганизации. Одни – формируют шестиугольные массивы, другие – удлиненные или извилистые структуры.

Эти узоры возникают в результате процесса, называемого биоконвекцией. Бактерии, не способные выжить без кислорода, плывут к поверхности воды, где уровень кислорода выше. Но поскольку бактерии тяжелее воды, гравитация тянет их вниз, создавая конвекционные потоки.

Но главная неожиданность ждала ученых, когда они смешали различные виды бактерий: бактериальные сообщества "отказались" перемешиваться и сохранили пространственное разделение. Ученые пометили разные виды флуоресцентными цветами и увидели, как формируется настоящий калейдоскоп. Анализ показал, что каждый вид имеет свою среднюю скорость плавания и частоту смены направления. Чем больше различия в характеристиках плавания двух видов, тем более выражено пространственное разделение.

Исследователи полагают, что такое разделение эволюционировало как стратегия минимизации столкновений между плавающими бактериями, позволяя каждому виду удовлетворять свои потребности в кислороде.

Эти выводы могут относиться не только к бактериальным сообществам бассейна Куатро-Сьенегас, но и к микробным экосистемам по всему миру. Как отмечают исследователи, результаты относятся к научной области, которую называют физикой активной материи, изучающей системы, в которых коллективное поведение возникает в результате движения отдельных компонентов.