Bakterielle Vortex: Mikroben ungerade "schwimmen" Verhalten erklärt

Bakterien sind nur einige der einfachsten Organismen, doch sind sie in der Lage, überraschend komplexe Verhalten. Wenn Bakterien Bacillus Subtilis , eine Spezies, die normalerweise in den menschlichen Darm gefunden in einem Tropfen Wasser platziert werden, die Organismen schaffen eine Wirbel mit Bakterien auf den außen schwimmen in eine Richtung und die, die auf der Innenseite den umgekehrten Weg schwimmen.

"Es gab keine intuitive Art und Weise zu erklären, was geschah mit dem Dual-Motion Vortex. "Es war sehr verwirrend," sagte Enkeleida Lushi, Ingenieur an der Brown University in Rhode Island und Erstautor der Studie, veröffentlicht Montag (23. Juni) in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences, in einer Erklärung.

Lushi und ihre Kollegen können nun eine Erklärung für das seltsame Verhalten gefunden haben. Eine Computer-Simulation ergab, dass die Bakterien an den Rändern in eine Richtung zu schwimmen, sie die Flüssigkeit rückwärts schieben, zwingt die inneren Bakterien in die entgegengesetzte Richtung zu schwimmen. [Siehe Video von Bakterien in einen Strudel schwimmen]

Das Phänomen ist ein Beispiel der einzelnen Einheiten in der Natur zusammen zu arbeiten, sagte der Forscher. Dieses Verhalten verstehen kann Aufschluss darüber geben Forscher Wege, sie zu kontrollieren, die könnten verhindern, dass Infektionen im menschlichen Körper ausbreiten.

Forscher von der University of Cambridge in Großbritannien gezeigt das Vortex-Phänomen im Jahr 2013, aber sie konnten nicht erklären, warum die Mikroben auf diese Weise verhalten. Lushi war auch in Cambridge, als sie auf das Problem begann.

Lushi entwickelt zunächst eine Simulation, die nur die mechanischen Wechselwirkungen zwischen einzelnen Bakterien modelliert. Das Modell zeigte, dass die Bakterien schwimmen nach dem Zufallsprinzip in einem geschlossenen kreisförmigen Raum tendenziell nach einander mit der gleichen Winkel in Bezug auf die kreisförmige Kante orientieren.

Aber dies nicht erklären, warum Organismen auf der Innenseite des Kreises in die entgegengesetzte Richtung wie die auf der Außenseite verschoben. Die Bakterien sind nur ein Bruchteil der Breite eines menschlichen Haares, so dass die Flüssigkeit sehr zähflüssig zu ihnen fühlt, sagten die Forscher.

Als nächstes erstellt Lushi und ihre Kollegen eine Simulation, die enthält die Strömung erzeugt, wie die Bakterien bewegen. Die Mikroben Schwimmen mit kleinen Korkenzieher-förmige Geräte genannt Flagellen, die die Bakterien nach vorne treiben und Flüssigkeit nach hinten schieben. [Siehe Video von Bakterien in einen Strudel schwimmen]

In dieser Simulation die Bakterien sich in die gleiche Richtung an den Rändern, produzieren einen Fluss in die entgegengesetzte Richtung ausgerichtet. Die Mikroben in der Mitte nicht gegen diesen Strom zu schwimmen, so dass sie mit ihm bewegen – was im swirly Wirbel Muster.

"Es ist ein sehr einfaches Modell, aber am Ende, es fängt dieses Phänomen sehr gut" Lushi sagte. "Es zeigte sich, dass eine Untersuchung von Mikroben, die in einer Flüssigkeit suspendiert die Bewegung der Flüssigkeit nicht ignorieren sollte – es hätte erhebliche Auswirkungen auf die Mikroben."

Folgen Sie Tanya Lewis auf Twitter und Google + . Folgen Sie uns @livescience, Facebook & Google +.