Geïnspireerd door de collectieve dynamiek van bacteriën zoals E. coli en Bacillus subtilis , stelden onderzoekers van de Universiteit Twente een simpele maar fundamentele vraag: wat gebeurt er als kunstmatige zwemmers staafvormig in plaats van bolvormig worden gemaakt, en hoe beïnvloedt de vorm hun beweging als groep? “Deze ‘domme’ maar actieve staafjes volgen alleen de natuurwetten, wat helpt om de mechanismen van collectief bacterieel gedrag te ontrafelen”, zegt Hanumantha Rao Vutukuri. Hun bevindingen staan op de cover van Science.
Bacteriën zijn meer dan alleen hun vorm. Ze nemen hun omgeving waar, reageren op chemische signalen en passen hun gedrag in realtime aan. Die biologische complexiteit maakt het moeilijk om de fysieke principes te isoleren die collectieve beweging aandrijven. Het labelen van individuele cellen zonder hun gedrag te verstoren is technisch veeleisend, en de enorme dichtheid van een bacteriekolonie maakt het lastig om te volgen wat een individuele cel doet.
Om deze obstakels te omzeilen, wendde het team van Vutukuri zich tot synthetische colloïdale staafjes. “We gebruikten synthetische staafjes omdat ze ‘dommer’ zijn dan bacteriën”, zegt Vutukuri. “Ze detecteren geen voedsel, ze reageren niet op signalen. Het is pure natuurkunde.” Die eenvoud is precies de bedoeling: door de biologische complexiteit weg te laten, konden de onderzoekers de rol van de vorm op zich bestuderen.
Met behulp van door licht aangedreven synthetische staafjes varieerde het team systematisch de lengte en concentratie van de deeltjes en observeerde hoe hun collectieve gedrag veranderde. De resultaten onthullen een duidelijk patroon. Korte staafjes clusteren en vertonen fasescheiding. Zeer lange staafjes zwermen en vormen groepen. Maar staafjes met een gemiddelde lengte-breedteverhouding doen iets veel complexers: ze produceren actieve turbulentie, een toestand van continue, dynamische collectieve beweging.
Lees het hele bericht op de site van de UTwente.
