أمِل الطبق فتنتشر البكتيريا نحو المنحدر
الحركة السربية (swarming) طريقة تسافر بها بعض البكتيريا معًا: حشود كثيفة من الخلايا المتحركة تنتشر على سطح طري ورطب، داخل طبقة رقيقة من السائل، مشكّلةً تكتلات ودوامات وتدفقات جماعية. وفي المختبر، تنمو الأسراب على شكل دوائر أو أشكال متفرعة أو محاليق.
ومحيطها الفيزيائي مهم — كمية الماء التي يوفرها الهلام، والتوتر السطحي لغشاء السائل. لكن عاملًا واحدًا أُهمل إلى حد كبير، كما تشير الورقة: الجاذبية. فالتجارب المعيارية تستخدم أطباقًا أفقية، تكون فيها الجاذبية خلفية ثابتة ومحايدة. وقد بيّنت دراسة أقدم، يذكرها المؤلفون، أن اتجاه الجاذبية غيّر شكل مستعمرات المكورات العنقودية المزروعة في هلام طري.
ثماني زوايا، من المسطح إلى المقلوب
عمل بنغشي غو (Pengxi Gu) وزيجيه تشو (Zijie Qu) وزملاؤهما في الكلية العالمية (Global College) بجامعة شنغهاي جياو تونغ، مع مؤلفين مشاركين في معهد جورجيا للتكنولوجيا وجامعة جونز هوبكنز وجامعة فودان، على الأمعائية (Enterobacter) sp. SM3، وهي بكتيريا ذات حركة سربية عُزلت أصلًا من أمعاء الفأر — بيئة أسطحها منحنية ونادرًا ما تكون أفقية. وعلى طبق مسطح، تشكّل SM3 مستعمرة شبه دائرية، وهي مرجع نظيف.
وضعوا قطرة من البكتيريا في مركز أطباق من الهلام الطري، وتركوا السرب يبدأ ثلاث ساعات على سطح مسطح، ثم وضعوا الأطباق في ثمانية اتجاهات: مسطح (0°)، ومائل ووجهه إلى أعلى بزوايا 30° و45° و75°، ومائل ووجهه إلى أسفل بزوايا 105° و135° و150°، ومسطح مقلوب (180°). وصوّروا المستعمرات كل ساعة حتى تسع ساعات — 15 مستعمرة مستقلة لكل زاوية — وصوّروا بالفيديو تحت المجهر الخلايا المتحركة عند خمس نقاط على حافة كل مستعمرة.
الزوايا المتوسطة تفوز
تراكمت الفوارق مع الوقت. وفي النهاية، كان نمو السرب يتوقف على الميل بطريقة غير رتيبة: نمت المستعمرات أكثر ما يكون عند الميول المتوسطة، وكانت الأكبر عند 75° و45°، والأقل على الأطباق شبه المقلوبة أو المقلوبة تمامًا (150° و180°). أما الأطباق المائلة قليلًا فقط، عند 30°، فنمت أقل قليلًا من المسطحة.
وكان مهمًا أيضًا أي وجه يتجه إلى أعلى. فأزواج الأطباق ذات الميل نفسه، أحدها ووجهه إلى أعلى والآخر إلى أسفل — 30° و150°، و45° و135°، و75° و105° — أعطت نتائج مختلفة: إذ مال الترتيب المتجه إلى أعلى إلى إنتاج مستعمرات أكبر في كل زوج.
أشكال تُسحب نحو المنحدر
بقيت المستعمرات المسطحة شبه دائرية. أما المائلة فصارت غير متناظرة، ممتدة نحو الجانب المنحدر:
- بقي مقياس لعدم تناظر الشكل حول 0.1 على الأطباق المسطحة، وبلغ 0.90 عند 75°.
- امتد الجانب المنحدر أبعد بنحو 1.46 إلى 1.52 مرة من الجانب العلوي بين 75° و135°.
- نما لبعض المستعمرات ذيل كذيل المذنب: فعند 75°، تقدّم الطرف المنحدر أسرع بنحو 2.2 مرة من جانبيه المجاورين.
وتحت المجهر، كانت الصورة أدق. فقد تحركت الخلايا عمومًا أبطأ على الأطباق المائلة منها على المسطحة، وأبطأ عند الطرف المنحدر منها عند أعلى المستعمرة. وكانت الدوامات عند الطرف أصغر قليلًا وأكثر عددًا. إذن كانت الجبهة الأسرع تقدمًا هي تلك التي تحركت فيها الخلايا أبطأ — وهذه علامة، كما يكتب المؤلفون، على أن سرعة الخلايا المحلية وحدها لا تفسر كيف تتقدم الحافة.
غشاء من الماء يُشدّ في اتجاهين
لتفسير هذه الاتجاهات، وسّع الفريق نموذجًا قائمًا للأسراب بوصفها غشاءً رقيقًا من طبقتين من الخلايا والماء، وأضاف إليه الجاذبية مقسومة إلى مركّبتين. فالمركّبة على طول السطح تدفع الغشاء نحو المنحدر. والمركّبة العمودية على السطح تغيّر الضغط في الغشاء، ومعه سرعة تسرّب الماء من الهلام الذي تحته.
وأعاد النموذج، الذي لم يُضبط على الأحجام أو الأزمنة الحقيقية للتجارب، إنتاج الأنماط الرئيسية، بما فيها أفضل زاوية، 75°. وتعطيل مركّبة واحدة في كل مرة أوضح الأدوار: أنتجت الجاذبية على طول السطح التمدد نحو المنحدر، بينما كانت الجاذبية العمودية عليه ضرورية للتمييز بين الأطباق المتجهة إلى أعلى والمتجهة إلى أسفل.
حافة عالقة تتحرر فجأة؟
استخدمت الدراسة سلالة بكتيرية واحدة، في ظروف مختبرية مضبوطة، والنموذج وصف مبسّط. ويقترح المؤلفون أن السائل والخلايا قد يتراكمان عند الطرف المنحدر خلف حافة عالقة حتى تتحرر فجأة، مرة بعد مرة، ما سيُفكك أيضًا الدوامات الأكبر — لكنهم يصفون هذه الآلية بأنها افتراضية، تنتظر الاختبار بقياسات متزامنة للجبهة والتدفق. أما رسالتهم الأعم فأبسط: في تجارب الحركة السربية، ليس اتجاه السطح تفصيلًا محايدًا.