Mientras el mundo se prepara para ver los eventos de atletismo de los Juegos Olímpicos de Verano en Río, no será sorprendente que los corredores en cada carrera viajen en la misma dirección alrededor de la pista. Pero una nueva investigación muestra que si esos corredores fueran bacterias, la dinámica en la pista sería un poco más compleja y más que un poco desconcertante.
Según el trabajo de un grupo internacional de investigadores, cuando las bacterias están confinadas en "pistas de carreras" ovales, llenas de líquido y de un tamaño milimétrico, se organizan rápidamente en un movimiento colectivo claro. Pero en lugar de viajar en una sola dirección, las bacterias individualesa lo largo del exterior de la pista, vaya en un sentido, mientras que los del medio van en el otro.
El objetivo del trabajo era comprender mejor cómo se propagan las colonias bacterianas a través de pequeñas grietas y grietas llenas de agua que habitan en entornos naturales como rocas, tierra o tejidos corporales. Y gracias a estos experimentos y un conjunto de modelos informáticos, los investigadorescreen que han descubierto cómo surgen estas dinámicas complejas en colonias de criaturas poco sofisticadas.
El estudio, realizado por investigadores de la Universidad de Brown y la Universidad de Cambridge, se publica en el Nueva revista de física .
La naturaleza está llena de patrones colectivos que emergen del comportamiento de organismos individuales. Por ejemplo, a menudo se puede ver bandadas de estorninos creando patrones intrincados y fluidos en el cielo. Se sabe que las bacterias exhiben este tipo de patrones aparentemente coordinados también.
"No es del todo obvio cómo hacen esto", dijo Enkeleida Lushi, investigadora de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Brown y uno de los coautores del estudio. "Las bacterias no tienen líderes que seguir, tienen sistemas sensoriales limitados, y no son muy inteligentes. Realmente no pueden tomar decisiones sobre dónde ir, por lo que todo se debe a interacciones mecánicas entre ellos y su entorno ".
Durante los últimos años, Lushi y sus colegas han estado trabajando para comprender cómo se forman los patrones colectivos en las colonias bacterianas. Para esta última investigación, querían diseñar un experimento que imitara los pequeños canales en los que las bacterias prosperan en la naturaleza.la solución fue hacer pequeñas pistas de carreras de plástico transparente, para que pudieran observar el comportamiento de la bacteria Bacillus subtilis bajo un microscopio.
Los experimentos mostraron que el movimiento caótico de todos esos nadadores individuales se organiza rápidamente en un movimiento colectivo, con las bacterias en el medio de la pista yendo en la dirección opuesta a las de los bordes exteriores. Vea el video de las bacterias en acciónaquí: http://www.youtube.com/watch?v=feCQf_5B8jI
Para entender qué impulsaba ese patrón, Lushi desarrolló un modelo de computadora que capturó dos parámetros críticos que afectan la forma en que las bacterias se mueven en una colonia densamente poblada. El primer parámetro involucra las colisiones que ocurren cuando las bacterias intentan nadar en espacios cerradosEl modelo mostró que, cuando las bacterias chocan entre sí, las colisiones tienden a orientar a las personas en la misma dirección.
En cuanto al movimiento bidireccional, con los nadadores medios moviéndose en dirección opuesta a los de los bordes, esa es una función del flujo de fluidos, según la investigación.
Las bacterias se impulsan empujando contra los pequeños apéndices fluidos en forma de sacacorchos llamados flagelos. Ese empuje crea un flujo de fluido que se mueve en dirección opuesta a la natación. Las bacterias a lo largo de los bordes de la pista están estrechamente alineadas por la superficie exterior de la pista. Nadanen un ángulo contra esa superficie externa, lo que hace que el flujo de retorno que crean se dirija hacia el centro de la pista. Los nadadores en el medio tienen que luchar contra las corrientes generadas a cada lado de ellos. Eventualmente, el flujo se vuelve más de lo que puedenencargarse de.
"A pesar de que están tratando de ir en la misma dirección que los que están en los límites, el fluido los está llevando hacia atrás", dijo Lushi.
Los resultados, dice Lushi, subrayan la importancia de los flujos de fluidos para explicar la dinámica colectiva. A pesar del hecho de que la mayoría de las bacterias prosperan y han evolucionado en entornos fluidos, los efectos de los flujos de fluidos a menudo se pasan por alto al explicar su comportamiento.
Finalmente, Lushi y sus colegas esperan que una investigación como esta pueda profundizar nuestra comprensión de cómo se propagan las bacterias en su entorno natural. También podría ayudar en el desarrollo de dispositivos médicos con superficies y arquitecturas que puedan manipular los movimientos bacterianos y la propagación.
Esas aplicaciones, sin embargo, permanecen un poco más adelante, dijo Lushi. "En este punto, todavía estamos dando pequeños pasos para aprender sobre las interacciones y comportamientos bacterianos".
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Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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