Взрывоподобное поведение вращающихся живых бактерий получило объяснение
Исследователи выяснили, почему агрегаты живых бактерий в вязкой жидкости кажутся взрывающимися при остановке вращения.
Эксперимент и неожиданное явление
- Методика: Капля вязкой жидкости с бактериями помещалась на предметное стекло. Магнитное поле (100–400 Гц) вращало частицу никеля внутри капли, заставляя бактерии собираться в кластер вокруг неё и формировать кольцо обеднения (область без бактерий).
- Ключевое отличие: В отличие от предыдущих работ (2–20 Гц, низкая концентрация бактерий), в этом эксперименте использовалась в 100 раз большая концентрация и высокие скорости вращения.
- Наблюдение: При остановке вращения плотный бактериальный агрегат не просто расширялся, а быстро и неоднородно распадался, напоминая взрыв. Это поведение характерно только для активной материи (живых бактерий или их синтетических аналогов).
Механизм «взрыва»
- Упорядочивание при вращении: Во время вращения бактерии выстраиваются в параллельные потоки.
- Образование зоны стагнации: У поверхности капли формируется область застоя жидкости.
- Роль несовершенств: Бактериальный диск не является идеально симметричным.
- Распространение нестабильности: При остановке вращения зона стагнации исчезает, и несовершенства формы диска вызывают быстрое, неоднородное «растекание» бактерий от центра, что выглядит как взрыв.
Практические следствия
- Биоплёнки на вращающемся оборудовании: Исследование показывает, что быстрое вращение не гарантирует защиты от образования бактериальных скоплений, которые могут быть даже более плотными.
- Новые методы диагностики: Явление может быть использовано для разработки техник выделения бактерий из суспензий.
Результаты экспериментов были подтверждены математическим моделированием, томографией и флуоресцентной микроскопией. Работа опубликована в журнале Nature Communications.