Бактерии собираются в кристаллы из-за собственного вращения

Сообщества бактерий образуют "живые кристаллы". Это явление обнаружила и исследовала группа биофизиков из Университета Рокфеллера. Работа была принята к публикации в журнале Physical Review Letters, кратко ознакомиться с ней можно на сайте Университета Рокфеллера.

Серобактерии Thiovulum majus обитают в глубине болот. Это одни из самых быстрых бактерий – используя свои жгутики как мотор они способны за секунду переместиться на расстояние в 60 раз превосходящее длину собственного тела.

Необычные структуры, которые формируют хаотично двигающиеся бактерии, удалось зафиксировать при наблюдении за сообществом Thiovulum majus в капле жидкости. Столкнувшись с преградой (покровным стеклом), микроорганизмы скапливались возле нее, образуя двумерную гексагональную решетку. Гексагональная решетка – это разбиение плоскости на правильные шестиугольники, математически доказано, что это самая плотная возможная упаковка в двумерном пространстве. Обходя и обгоняя друг друга, микроорганизмы постепенно просачивались сквозь преграду. Решетка при этом уменьшалась в размерах, но сохраняла свою структуру.

Биофизики построили математическую модель, которая описывала динамику популяции Thiovulum majus, а также предложили экологическое объяснение такого поведения: предполагается, что таким образом бактерии создают для себя оптимальные условия получения питательных веществ из окружающей среды.

Коллективная динамика живых существ давно привлекает внимание ученых. Первая компьютерная модель стаи птиц , написаная в 1986-ом году, основывалась на нескольких простых принципах. Животные должны: двигаться в том же направлении, что и соседи, оставаться близкими к соседям, избегать столкновений с соседями. Последующие модели используют вариации этих правил. Было сформулировано понятие «концентрических зон », находясь внутри одной зоны, животные стремятся дистанцироваться друг от друга, а вне ее, наоборот, сблизиться. В построении подобных моделей важно учитывать сенсорные возможности различных животных. Например, птицы не могут видеть, что происходит за спиной, а рыбы способны получать информацию как зрительно, так и через гидродинамические сигналы, поступающие с боков. Недавние исследования стай скворцов показали, что эти птицы корректируют свой полет исходя из поведения 6-7 соседних особей, при этом неважно, как далеко или близко они находятся. Это дало ученым основание использовать топологические методы при моделировании полета скворцов.