डिश को झुकाइए, बैक्टीरिया ढलान की ओर फैलते हैं
स्वार्मिंग (swarming) वह तरीक़ा है जिससे कुछ बैक्टीरिया साथ मिलकर यात्रा करते हैं: चलती कोशिकाओं की घनी भीड़ एक मुलायम, नम सतह पर, तरल की एक पतली परत के भीतर फैलती है, और गुच्छे, भँवर तथा सामूहिक प्रवाह बनाती है। प्रयोगशाला में झुंड वृत्तों, शाखाओं वाली आकृतियों या तंतुओं के रूप में बढ़ते हैं।
उनका भौतिक परिवेश मायने रखता है — जेल कितना पानी देता है, तरल परत का पृष्ठ तनाव क्या है। लेकिन शोधपत्र बताता है कि एक कारक को काफ़ी हद तक नज़रअंदाज़ किया गया है: गुरुत्व। मानक प्रयोग क्षैतिज डिशों का उपयोग करते हैं, जहाँ गुरुत्व एक स्थिर, तटस्थ पृष्ठभूमि होता है। लेखकों द्वारा उद्धृत एक पुराने अध्ययन ने दिखाया था कि गुरुत्व की दिशा ने मुलायम जेल में उगाई गई स्टैफ़िलोकोकस कॉलोनियों का आकार बदल दिया।
आठ कोण, सपाट से उल्टे तक
शंघाई जियाओ तोंग विश्वविद्यालय के ग्लोबल कॉलेज के पेंगशी गु (Pengxi Gu), ज़िजिए चू (Zijie Qu) और उनके सहयोगियों ने, जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ़ टेक्नोलॉजी, जॉन्स हॉपकिन्स विश्वविद्यालय और फ़ुदान विश्वविद्यालय के सह-लेखकों के साथ, एंटरोबैक्टर (Enterobacter) sp. SM3 पर काम किया, जो मूल रूप से चूहे की आँत से अलग किया गया एक झुंड-बनाने वाला बैक्टीरिया है — एक ऐसा परिवेश जहाँ सतहें घुमावदार होती हैं और शायद ही कभी क्षैतिज। सपाट डिश पर SM3 लगभग गोल कॉलोनी बनाता है, जो एक साफ़ संदर्भ है।
उन्होंने मुलायम जेल प्लेटों के बीच में बैक्टीरिया की एक बूँद रखी, झुंड को तीन घंटे तक सपाट सतह पर शुरू होने दिया, फिर प्लेटों को आठ दिशाओं में रखा: सपाट (0°); ऊपर की ओर मुँह करके 30°, 45° और 75° पर झुकी; नीचे की ओर मुँह करके 105°, 135° और 150° पर झुकी; और सपाट उल्टी (180°)। उन्होंने नौ घंटे तक हर घंटे कॉलोनियों की तस्वीरें लीं — हर कोण पर 15 स्वतंत्र कॉलोनियाँ — और सूक्ष्मदर्शी के नीचे हर कॉलोनी के किनारे के पाँच बिंदुओं पर चलती कोशिकाओं को फ़िल्माया।
बीच के कोण जीतते हैं
अंतर समय के साथ बढ़ते गए। अंत तक, झुंड की वृद्धि झुकाव पर गैर-एकदिष्ट (non-monotonic) ढंग से निर्भर थी: कॉलोनियाँ बीच के झुकावों पर सबसे ज़्यादा बढ़ीं, सबसे बड़ी 75° और 45° पर, और सबसे कम उन प्लेटों पर जो लगभग या पूरी तरह उल्टी थीं (150° और 180°)। केवल थोड़ी झुकी, 30° वाली प्लेटें सपाट प्लेटों से थोड़ा कम बढ़ीं।
कौन-सा पक्ष ऊपर की ओर था, यह भी मायने रखता था। एक ही झुकाव वाली प्लेटों के जोड़े, एक ऊपर की ओर मुँह वाली और एक नीचे की ओर — 30° और 150°, 45° और 135°, 75° और 105° — ने अलग-अलग नतीजे दिए: हर जोड़े में ऊपर की ओर मुँह वाली व्यवस्था बड़ी कॉलोनियाँ बनाने की ओर झुकी थी।
ढलान की ओर खिंची आकृतियाँ
सपाट कॉलोनियाँ लगभग गोल रहीं। झुकी हुई कॉलोनियाँ एकतरफ़ा हो गईं, ढलान वाले पक्ष की ओर फैली हुई:
- आकार की असममिति का एक माप सपाट प्लेटों पर लगभग 0.1 के आसपास रहा और 75° पर 0.90 तक पहुँचा।
- 75° और 135° के बीच ढलान वाला पक्ष ऊपर वाले पक्ष से लगभग 1.46 से 1.52 गुना दूर तक फैला।
- कुछ कॉलोनियों ने धूमकेतु जैसी पूँछ उगा ली: 75° पर ढलान वाला सिरा अपने दोनों पड़ोसी किनारों से लगभग 2.2 गुना तेज़ी से आगे बढ़ा।
सूक्ष्मदर्शी के नीचे तस्वीर ज़्यादा बारीक थी। कुल मिलाकर, झुकी प्लेटों पर कोशिकाएँ सपाट प्लेटों की तुलना में धीमी चलीं, और ढलान वाले सिरे पर कॉलोनी के ऊपरी हिस्से की तुलना में धीमी। सिरे पर भँवर थोड़े छोटे और ज़्यादा संख्या में थे। तो जो अग्रभाग सबसे तेज़ बढ़ा, वहीं कोशिकाएँ सबसे धीमी चल रही थीं — लेखक लिखते हैं कि यह संकेत है कि केवल स्थानीय कोशिका-गति यह नहीं समझा सकती कि किनारा कैसे आगे बढ़ता है।
पानी की एक परत, दो दिशाओं में खिंची
इन रुझानों को समझने के लिए टीम ने झुंडों के एक मौजूदा मॉडल का विस्तार किया, जो उन्हें कोशिकाओं और पानी की एक पतली, दो-परत वाली परत के रूप में देखता है, और उसमें दो घटकों में बँटा गुरुत्व जोड़ा। सतह के साथ वाला घटक परत को ढलान की ओर धकेलता है। सतह के आर-पार वाला घटक परत में दबाव बदलता है, और उसके साथ यह भी कि नीचे के जेल से पानी कितनी तेज़ी से रिसकर आता है।
यह मॉडल, जिसे प्रयोगों के असली आकारों या समयों के अनुसार समायोजित नहीं किया गया था, मुख्य पैटर्न दोहरा सका, जिसमें सबसे अच्छा कोण, 75°, भी शामिल है। एक-एक घटक को बंद करने से भूमिकाएँ साफ़ हुईं: सतह के साथ वाले गुरुत्व ने ढलान की ओर खिंचाव पैदा किया, जबकि ऊपर की ओर मुँह वाली प्लेटों को नीचे की ओर मुँह वाली प्लेटों से अलग करने के लिए सतह के आर-पार वाला गुरुत्व ज़रूरी था।
अटका हुआ किनारा जो छूट जाता है?
अध्ययन में एक ही बैक्टीरियल स्ट्रेन, नियंत्रित प्रयोगशाला स्थितियों में इस्तेमाल हुआ, और मॉडल एक सरलीकृत विवरण है। लेखक सुझाते हैं कि ढलान वाले सिरे पर तरल और कोशिकाएँ एक अटके हुए किनारे के पीछे जमा होती रह सकती हैं जब तक कि वह अचानक छूट न जाए, बार-बार, जिससे बड़े भँवर भी टूट जाएँगे — लेकिन वे इस तंत्र को काल्पनिक बताते हैं, जिसे अग्रभाग और प्रवाह के समकालिक मापों से परखा जाना बाकी है। उनका व्यापक संदेश ज़्यादा सरल है: स्वार्मिंग प्रयोगों में सतह की दिशा कोई तटस्थ ब्योरा नहीं है।