तबकडी तिरकी करा आणि जीवाणू उताराकडे पसरतात

थवा-संचलन (swarming) ही काही जीवाणूंची एकत्र प्रवास करण्याची पद्धत आहे: हालचाल करणाऱ्या पेशींचे दाट समूह मऊ, ओलसर पृष्ठभागावर, द्रवाच्या पातळ थराच्या आत पसरतात, आणि पुंजके, भोवरे आणि सामूहिक प्रवाह तयार करतात. प्रयोगशाळेत थवे वर्तुळे, फांद्या फुटणारे आकार किंवा वेलींसारखे तंतू यांच्या रूपात वाढतात.

त्यांचा भौतिक परिसर महत्त्वाचा असतो — जेल किती पाणी पुरवते, द्रवाच्या पापुद्र्याचा पृष्ठताण. पण शोधनिबंध नमूद करतो की एका घटकाकडे मोठ्या प्रमाणावर दुर्लक्ष झाले आहे: गुरुत्व. प्रमाणित प्रयोगांत आडव्या तबकड्या वापरल्या जातात, जिथे गुरुत्व ही एक स्थिर, तटस्थ पार्श्वभूमी असते. लेखकांनी उद्धृत केलेल्या एका जुन्या अभ्यासाने दाखवले होते की गुरुत्वाच्या दिशेमुळे मऊ जेलमध्ये वाढवलेल्या स्टॅफिलोकॉकाय जीवाणूंच्या वसाहतींचा आकार बदलला.

आठ कोन, सपाट ते उलटे

शांघाय जियाओ टोंग युनिव्हर्सिटीच्या ग्लोबल कॉलेजमधील पेंगशी गु, झिजिए छ्यू आणि सहकाऱ्यांनी, जॉर्जिया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी, जॉन्स हॉपकिन्स युनिव्हर्सिटी आणि फुदान युनिव्हर्सिटी येथील सहलेखकांसोबत, Enterobacter sp. SM3 सोबत काम केले. हा थवा करणारा जीवाणू मूळतः उंदराच्या आतड्यातून वेगळा केला गेला होता — असा परिसर जिथे पृष्ठभाग वळलेले असतात आणि क्वचितच आडवे असतात. सपाट तबकडीत SM3 जवळजवळ गोल वसाहत तयार करतो, जो एक स्वच्छ संदर्भबिंदू आहे.

त्यांनी मऊ जेलच्या तबकड्यांच्या मध्यभागी जीवाणूंचा एक थेंब ठेवला, सपाट पृष्ठभागावर तीन तास थवा सुरू होऊ दिला, आणि मग तबकड्या आठ दिशांमध्ये ठेवल्या: सपाट (0°), तोंड वर करून 30°, 45° आणि 75° तिरक्या, तोंड खाली करून 105°, 135° आणि 150° तिरक्या, आणि सपाट उलट्या (180°). त्यांनी नऊ तासांपर्यंत दर तासाला वसाहतींची छायाचित्रे घेतली — प्रत्येक कोनासाठी 15 स्वतंत्र वसाहती — आणि प्रत्येक वसाहतीच्या कडेवरील पाच ठिकाणी सूक्ष्मदर्शकाखाली हालचाल करणाऱ्या पेशींचे चित्रीकरण केले.

मधले कोन बाजी मारतात

फरक काळानुसार वाढत गेले. शेवटी, थव्याची वाढ तिरकेपणावर एकदिश नसलेल्या (non-monotonic) पद्धतीने अवलंबून होती: वसाहती मधल्या कलांवर सर्वाधिक वाढल्या, 75° आणि 45° वर सर्वात मोठ्या, आणि जवळजवळ किंवा पूर्णपणे उलट्या तबकड्यांवर (150° आणि 180°) सर्वात कमी. केवळ थोड्या, 30° तिरक्या केलेल्या तबकड्यांवर सपाट तबकड्यांपेक्षा थोडी कमी वाढ झाली.

कोणती बाजू वर होती यालाही महत्त्व होते. सारखाच तिरकेपणा असलेल्या, एक तोंड वर आणि एक तोंड खाली अशा तबकड्यांच्या जोड्यांनी — 30° आणि 150°, 45° आणि 135°, 75° आणि 105° — वेगवेगळे निकाल दिले: प्रत्येक जोडीत तोंड वर असलेल्या रचनेत मोठ्या वसाहती तयार होण्याचा कल होता.

उताराकडे खेचलेले आकार

सपाट वसाहती जवळजवळ वर्तुळाकार राहिल्या. तिरक्या वसाहती एकतर्फी झाल्या, उताराच्या बाजूकडे वाढलेल्या:

आकाराच्या असममितीचे एक मोजमाप सपाट तबकड्यांवर सुमारे 0.1 राहिले आणि 75° वर 0.90 पर्यंत पोहोचले.
75° ते 135° दरम्यान उताराची बाजू चढाच्या बाजूपेक्षा सुमारे 1.46 ते 1.52 पट दूरवर वाढली.
काही वसाहतींना धूमकेतूसारखी शेपटी फुटली: 75° वर उताराचे टोक त्याच्या दोन्ही शेजारच्या बाजूंपेक्षा सुमारे 2.2 पट वेगाने पुढे सरकले.

सूक्ष्मदर्शकाखाली चित्र अधिक सूक्ष्म होते. सामान्यतः पेशी सपाट तबकड्यांपेक्षा तिरक्या तबकड्यांवर हळू हलल्या, आणि वसाहतीच्या वरच्या टोकापेक्षा उताराच्या टोकावर हळू. टोकावरील भोवरे किंचित लहान आणि संख्येने अधिक होते. म्हणजे सर्वात वेगाने पुढे सरकणारी आघाडी ती होती जिथे पेशी सर्वात हळू हलत होत्या — लेखकांच्या मते, हे लक्षण आहे की केवळ स्थानिक पेशी-वेगावरून कडा कशी पुढे सरकते ते स्पष्ट करता येत नाही.

दोन दिशांनी खेचला जाणारा पाण्याचा पापुद्रा

हे कल समजून घेण्यासाठी चमूने थव्यांचे पेशी आणि पाणी यांच्या पातळ, दुहेरी थराच्या पापुद्र्याच्या रूपात वर्णन करणारे एक विद्यमान प्रारूप विस्तारले, आणि त्यात दोन भागांत विभागलेले गुरुत्व जोडले. पृष्ठभागाच्या दिशेतील भाग पापुद्र्याला उताराकडे ढकलतो. पृष्ठभागाला आडवा जाणारा भाग पापुद्र्यातील दाब बदलतो, आणि त्यासोबत खालच्या जेलमधून पाणी किती वेगाने झिरपते तेही.

प्रयोगांच्या प्रत्यक्ष आकारांना किंवा काळांना जुळवून न घेतलेल्या या प्रारूपाने, सर्वोत्तम कोन 75° सह, मुख्य आकृतिबंध पुन्हा निर्माण केले. एकेक भाग बंद करून पाहिल्यावर भूमिका स्पष्ट झाल्या: पृष्ठभागाच्या दिशेतील गुरुत्वामुळे उताराकडील ताण निर्माण झाला, तर तोंड वर आणि तोंड खाली असलेल्या तबकड्यांमधील फरक ओळखण्यासाठी आडवे गुरुत्व आवश्यक होते.

अडकलेली कडा जी सुटून निघते?

अभ्यासात नियंत्रित प्रयोगशाळा परिस्थितीत जीवाणूंचा एकच प्रकार वापरला गेला, आणि प्रारूप हे एक सरलीकृत वर्णन आहे. लेखक सुचवतात की उताराच्या टोकावर द्रव आणि पेशी एका अडकलेल्या कडेमागे साचत जात असाव्यात, जोपर्यंत ती अचानक सुटून निघत नाही, पुन्हा पुन्हा, ज्यामुळे मोठे भोवरेही फुटतील — पण ही यंत्रणा काल्पनिक असल्याचे ते स्पष्ट करतात, जी आघाडी आणि प्रवाह यांच्या समकालिक मोजमापांनी तपासायची आहे. त्यांचा व्यापक संदेश सोपा आहे: थवा-संचलनाच्या प्रयोगांत पृष्ठभागाची दिशा हा तटस्थ तपशील नाही.