INAMISHA SAHANI NA BAKTERIA HUSAMBAA KUELEKEA MTEREMKO

Kusambaa kwa makundi (swarming) ni njia ambayo baadhi ya bakteria husafiri pamoja: makundi yaliyosongamana ya seli zinazosonga husambaa juu ya uso laini wenye unyevu, ndani ya tabaka jembamba la kimiminika, na kuunda vishada, mizunguko na mitiririko ya pamoja. Katika maabara, makundi hukua kuwa duara, maumbo yenye matawi au michirizi.

Mazingira yao ya kimaumbile yana umuhimu — kiasi cha maji ambacho jeli hutoa, mvutano wa uso wa utando wa kimiminika. Lakini kipengele kimoja kimepuuzwa kwa kiasi kikubwa, makala inabainisha: mvuto. Majaribio ya kawaida hutumia sahani zilizo mlalo, ambapo mvuto ni mandhari thabiti na isiyoegemea upande wowote. Utafiti wa zamani, uliotajwa na waandishi, ulionyesha kwamba mwelekeo wa mvuto ulibadilisha umbo la makoloni ya staphylococci yaliyokuzwa katika jeli laini.

Pembe nane, kutoka bapa hadi juu chini

Pengxi Gu, Zijie Qu na wenzao katika Chuo cha Kimataifa cha Chuo Kikuu cha Shanghai Jiao Tong, pamoja na waandishi wenza katika Taasisi ya Teknolojia ya Georgia, Chuo Kikuu cha Johns Hopkins na Chuo Kikuu cha Fudan, walifanya kazi na Enterobacter sp. SM3, bakteria anayesambaa kwa makundi aliyetengwa awali kutoka utumbo wa panya — mazingira ambayo nyuso zimepinda na mara chache huwa mlalo. Kwenye sahani bapa, SM3 huunda koloni karibu la duara, kipimo safi cha kulinganisha.

Waliweka tone la bakteria katikati ya sahani za jeli laini, wakaliacha kundi lianze kwa saa tatu juu ya uso bapa, kisha wakaweka sahani katika mielekeo minane: bapa (0°), zilizoinamishwa uso ukiwa juu kwa 30°, 45° na 75°, zilizoinamishwa uso ukiwa chini kwa 105°, 135° na 150°, na bapa juu chini (180°). Walipiga picha makoloni kila saa hadi saa tisa — makoloni 15 huru kwa kila pembe — na kurekodi video za seli zinazosonga katika nukta tano kando ya ukingo wa kila koloni chini ya hadubini.

Pembe za kati zashinda

Tofauti ziliongezeka kadiri muda ulivyopita. Mwishowe, ukuaji wa kundi ulitegemea mnamo kwa njia isiyo ya mwelekeo mmoja (non-monotonic): makoloni yalikua zaidi katika minamo ya kati, makubwa zaidi katika 75° na 45°, na madogo zaidi kwenye sahani zilizokaribia au zilizopinduliwa kabisa (150° na 180°). Sahani zilizoinamishwa kidogo tu, kwa 30°, zilikua kidogo pungufu kuliko zile bapa.

Upande uliotazama juu pia ulikuwa na umuhimu. Jozi za sahani zenye mnamo uleule, moja ikitazama juu na nyingine chini — 30° na 150°, 45° na 135°, 75° na 105° — zilitoa matokeo tofauti: mpangilio wa kutazama juu ulielekea kutoa makoloni makubwa zaidi katika kila jozi.

Maumbo yaliyovutwa kuelekea mteremko

Makoloni bapa yalibaki karibu ya duara. Yaliyoinamishwa yalipinda upande mmoja, yakirefuka kuelekea upande wa mteremko:

Kipimo cha kutolingana kwa umbo kilibaki karibu 0.1 kwenye sahani bapa na kufikia 0.90 katika 75°.
Upande wa mteremko ulirefuka takriban mara 1.46 hadi 1.52 ya upande wa juu kati ya 75° na 135°.
Baadhi ya makoloni yaliota mkia kama wa nyotamkia: katika 75°, ncha ya mteremko ilisonga mbele takriban mara 2.2 kwa kasi zaidi kuliko pande zake mbili jirani.

Chini ya hadubini, picha ilikuwa tata zaidi. Kwa ujumla seli zilisonga polepole zaidi kwenye sahani zilizoinamishwa kuliko kwenye zile bapa, na polepole zaidi kwenye ncha ya mteremko kuliko juu ya koloni. Mizunguko kwenye ncha ilikuwa midogo kidogo na mingi zaidi. Kwa hiyo mstari wa mbele uliosonga kwa kasi zaidi ndio ule ambapo seli zilisonga polepole zaidi — ishara, waandishi wanaandika, kwamba kasi ya seli mahali hapo pekee haiwezi kueleza jinsi ukingo unavyoendelea.

Utando wa maji, unaovutwa pande mbili

Ili kufasiri mielekeo hii, timu ilipanua modeli iliyopo inayoeleza makundi kama utando mwembamba wenye tabaka mbili za seli na maji, na kuongeza mvuto uliogawanywa katika sehemu mbili. Sehemu inayofuata uso husukuma utando kuelekea mteremko. Sehemu inayovuka uso hubadilisha shinikizo ndani ya utando, na pamoja nalo kasi ambayo maji hupenya kutoka kwenye jeli iliyo chini.

Modeli hiyo, ambayo haikurekebishwa kulingana na ukubwa au nyakati halisi za majaribio, ilizalisha upya mifumo mikuu, ikiwemo pembe bora, 75°. Kuzima sehemu moja baada ya nyingine kulifafanua majukumu: mvuto unaofuata uso ulisababisha kujinyoosha kuelekea mteremko, huku mvuto unaovuka uso ukihitajika kutofautisha sahani zinazotazama juu na zile zinazotazama chini.

Ukingo uliokwama unaojinasua?

Utafiti ulitumia aina moja ya bakteria, katika hali za maabara zilizodhibitiwa, na modeli ni maelezo yaliyorahisishwa. Waandishi wanapendekeza kwamba kwenye ncha ya mteremko, kimiminika na seli huenda zinajilimbikiza nyuma ya ukingo uliokwama mpaka unapojinasua ghafla, tena na tena, jambo ambalo pia lingevunja mizunguko mikubwa zaidi — lakini wanaitaja mbinu hii kuwa ya kinadharia tu, inayohitaji kujaribiwa kwa vipimo vilivyosawazishwa vya mstari wa mbele na mtiririko. Ujumbe wao mpana ni rahisi zaidi: katika majaribio ya kusambaa kwa makundi, mwelekeo wa uso si jambo dogo lisilo na athari.