Слабые организация и коллективные колебания в плотных группах бактерий

Исследователи из нескольких институтов Китая обнаружили, что подгруппы бактерий внутри гораздо более крупных скоплений иногда самоорганизуются и демонстрируют коллективные колебания. Работа опубликована в журнале Nature.

Известно, что группы клеток способны к колебаниям — например, в процессе развития эмбрионов или для регуляции активности нейронов. Также известно, что многие бактерии могут общаться друг с другом через электрические сигналы и перенос молекул. Однако ранее самоорганизация подгрупп бактерий и их колебания внутри большой группы не наблюдались.

В новом исследовании ученые изучали Escherichia coli под микроскопом и с удивлением обнаружили, что иногда небольшие подгруппы среди миллионов клеток организуются в овальную форму или петлю и начинают двигаться по ней, подобно крошечным машинам на гоночной трассе, демонстрируя форму колебаний подгруппы.

Колебательное поведение клеток обычно регулируется с помощью диффузных химических веществ, электрической стимуляции или биомеханического взаимодействия, что приводит к синхронизированным колебаниям. Однако бактерии, по-видимому, не требовали ни одного из этих механизмов, и их колебания не были синхронизированы. Более того, наблюдаемые колебания были непериодическими, хаотичными и иногда даже включали смену направления движения.

Исследователи предполагают, что бактерии, вероятно, взаимодействуют друг с другом локально каким-то еще неизвестным способом — в наблюдаемом масштабе отдельная клетка не могла бы «понимать» размер формируемой петли, а значит, должна управляться каким-то невидимым источником. Ученым не удалось установить причину возникновения таких колеблющихся подгрупп или то, приводит ли их движение по петле к каким-либо конкретным действиям.

Исследователи предоставили видео, подтверждающее новое поведение бактерий, и предполагают, что оно может встречаться и в других сценариях, где присутствуют очень большие группы подвижных клеток.