தட்டைச் சாய்த்தால் பாக்டீரியா சரிவில் கீழ்நோக்கிப் பரவுகிறது

திரள் பரவல் (swarming) என்பது சில பாக்டீரியாக்கள் ஒன்றாகப் பயணிக்கும் ஒரு வழி: நகரும் செல்களின் அடர்ந்த கூட்டங்கள், மென்மையான, ஈரமான பரப்பின் மீது, மெல்லிய திரவப் படலத்துக்குள் பரவி, கொத்துகள், சுழல்கள், கூட்டு ஓட்டங்களை உருவாக்குகின்றன. ஆய்வகத்தில் திரள்கள் வட்டங்களாகவோ, கிளைத்த வடிவங்களாகவோ, இழைகளாகவோ வளர்கின்றன.

அவற்றின் இயற்பியல் சூழல் முக்கியமானது — ஜெல் எவ்வளவு நீரைத் தருகிறது, திரவப் படலத்தின் பரப்பு இழுவிசை (surface tension). ஆனால் ஒரு காரணி பெரிதும் புறக்கணிக்கப்பட்டுள்ளது என்று ஆய்வுக் கட்டுரை குறிப்பிடுகிறது: ஈர்ப்பு. வழக்கமான சோதனைகள் கிடைமட்டத் தட்டுகளைப் பயன்படுத்துகின்றன; அங்கே ஈர்ப்பு ஒரு நிலையான, நடுநிலையான பின்னணி. ஆசிரியர்கள் மேற்கோள் காட்டும் பழைய ஆய்வு ஒன்று, மென் ஜெல்லில் வளர்க்கப்பட்ட ஸ்டாஃபிலோகாக்கஸ் குடியிருப்புகளின் வடிவத்தை ஈர்ப்பின் திசை மாற்றியதைக் காட்டியிருந்தது.

கிடைமட்டம் முதல் தலைகீழ் வரை எட்டுக் கோணங்கள்

ஷாங்காய் ஜியாவ் டோங் பல்கலைக்கழகத்தின் உலகளாவிய கல்லூரியைச் சேர்ந்த பெங்ஷி கு, சீஜியே சூ மற்றும் சக ஆய்வாளர்கள், ஜார்ஜியா தொழில்நுட்ப நிறுவனம், ஜான்ஸ் ஹாப்கின்ஸ் பல்கலைக்கழகம், ஃபுடான் பல்கலைக்கழகம் ஆகியவற்றைச் சேர்ந்த இணை ஆசிரியர்களுடன் இணைந்து, Enterobacter sp. SM3 என்ற பாக்டீரியாவுடன் பணியாற்றினர்; திரளாகப் பரவும் இது முதலில் எலியின் குடலிலிருந்து — பரப்புகள் வளைந்து, அரிதாகவே கிடைமட்டமாக இருக்கும் சூழல் — பிரித்தெடுக்கப்பட்டது. கிடைமட்டத் தட்டில் SM3 ஏறக்குறைய வட்டமான குடியிருப்பை உருவாக்குகிறது; இது ஒரு தெளிவான ஒப்பீட்டு அடிப்படை.

மென் ஜெல் தட்டுகளின் நடுவில் பாக்டீரியாவின் ஒரு துளியை வைத்து, திரள் கிடைமட்டப் பரப்பில் மூன்று மணி நேரம் தொடங்க விட்டு, பின்னர் தட்டுகளை எட்டு திசையமைவுகளில் வைத்தனர்: கிடைமட்டம் (0°), மேல்நோக்கி 30°, 45°, 75° சாய்வு, கீழ்நோக்கி 105°, 135°, 150° சாய்வு, கிடைமட்டமாகத் தலைகீழ் (180°). ஒன்பது மணி நேரம் வரை ஒவ்வொரு மணி நேரமும் குடியிருப்புகளைப் படமெடுத்தனர் — ஒவ்வொரு கோணத்துக்கும் 15 சார்பற்ற குடியிருப்புகள் — ஒவ்வொரு குடியிருப்பின் விளிம்பிலும் ஐந்து புள்ளிகளில் நகரும் செல்களை நுண்ணோக்கியின் கீழ் படம்பிடித்தனர்.

இடைநிலைக் கோணங்கள் வெல்கின்றன

வேறுபாடுகள் காலப்போக்கில் குவிந்தன. இறுதியில், திரளின் வளர்ச்சி சாய்வை ஒருதிசையற்ற (non-monotonic) முறையில் சார்ந்திருந்தது: இடைநிலைச் சாய்வுகளில் குடியிருப்புகள் மிக அதிகமாக வளர்ந்தன, மிகப் பெரியவை 75°, 45°-இல்; ஏறக்குறைய அல்லது முழுமையாகத் தலைகீழான தட்டுகளில் (150°, 180°) மிகக் குறைவாக. சற்றே, 30°-இல் மட்டும் சாய்க்கப்பட்ட தட்டுகள் கிடைமட்டத் தட்டுகளைவிடச் சற்றுக் குறைவாக வளர்ந்தன.

எந்தப் பக்கம் மேல்நோக்கி இருந்தது என்பதும் முக்கியமானது. ஒரே சாய்வுடைய, ஒன்று மேல்நோக்கியும் ஒன்று கீழ்நோக்கியும் உள்ள தட்டு இணைகள் — 30°, 150°; 45°, 135°; 75°, 105° — வெவ்வேறு முடிவுகளைத் தந்தன: ஒவ்வொரு இணையிலும் மேல்நோக்கிய அமைப்பே பெரிய குடியிருப்புகளை உருவாக்க முனைந்தது.

சரிவில் கீழ்நோக்கி இழுக்கப்பட்ட வடிவங்கள்

கிடைமட்டக் குடியிருப்புகள் ஏறக்குறைய வட்டமாகவே இருந்தன. சாய்ந்தவை ஒருபக்கச் சாய்வுடையவையாகி, சரிவின் கீழ்ப் பக்கம் நோக்கி நீண்டன:

• வடிவச் சமச்சீரின்மையின் ஒரு அளவு கிடைமட்டத் தட்டுகளில் சுமார் 0.1-ஆக இருந்து, 75°-இல் 0.90-ஐ எட்டியது.
• 75°-க்கும் 135°-க்கும் இடையே, சரிவின் கீழ்ப் பக்கம் மேல் பக்கத்தைவிடச் சுமார் 1.46 முதல் 1.52 மடங்கு தொலைவு நீண்டது.
• சில குடியிருப்புகள் வால்நட்சத்திரம் போன்ற வாலை வளர்த்தன: 75°-இல், சரிவின் கீழ் நுனி அதன் அண்டைப் பக்கங்கள் இரண்டையும்விடச் சுமார் 2.2 மடங்கு வேகமாக முன்னேறியது.

நுண்ணோக்கியின் கீழ், சித்திரம் இன்னும் நுட்பமானது. சாய்ந்த தட்டுகளில் செல்கள் பொதுவாகக் கிடைமட்டத் தட்டுகளைவிட மெதுவாக நகர்ந்தன; குடியிருப்பின் மேல்பகுதியைவிடச் சரிவின் கீழ் நுனியில் மெதுவாக. நுனியிலிருந்த சுழல்கள் சற்றுச் சிறியவையாகவும் எண்ணிக்கையில் அதிகமாகவும் இருந்தன. ஆக, மிக வேகமாக முன்னேறிய முகப்பில்தான் செல்கள் மிக மெதுவாக நகர்ந்தன — விளிம்பு எப்படி முன்னேறுகிறது என்பதை உள்ளூர்ச் செல் வேகம் மட்டுமே விளக்க முடியாது என்பதற்கான அடையாளம் இது என்று ஆசிரியர்கள் எழுதுகின்றனர்.

இரண்டு திசைகளில் இழுக்கப்படும் நீர்ப் படலம்

இந்தப் போக்குகளை விளக்க, திரள்களைச் செல்களும் நீரும் கொண்ட மெல்லிய, இரு-அடுக்குப் படலமாகக் கருதும் ஏற்கெனவே உள்ள ஒரு மாதிரியைக் குழு விரிவாக்கியது; இரண்டு கூறுகளாகப் பிரிக்கப்பட்ட ஈர்ப்பை அதில் சேர்த்தது. பரப்பின் நெடுகிலான கூறு படலத்தைச் சரிவில் கீழே தள்ளுகிறது. பரப்புக்குக் குறுக்கான கூறு படலத்தின் அழுத்தத்தை மாற்றுகிறது; அதனுடன், கீழுள்ள ஜெல்லிலிருந்து நீர் எவ்வளவு விரைவாகக் கசிந்து வருகிறது என்பதையும்.

சோதனைகளின் உண்மையான அளவுகளுக்கோ நேரங்களுக்கோ இசைவாக்கப்படாத அந்த மாதிரி, சிறந்த கோணமான 75° உட்பட, முக்கியப் போக்குகளை மீண்டும் உருவாக்கியது. ஒவ்வொரு கூறையும் ஒவ்வொன்றாக அணைத்துப் பார்த்தபோது பங்குகள் தெளிவாயின: பரப்பின் நெடுகிலான ஈர்ப்பு சரிவில் கீழ்நோக்கிய நீட்சியை உருவாக்கியது; மேல்நோக்கிய தட்டுகளைக் கீழ்நோக்கியவற்றிலிருந்து வேறுபடுத்த, பரப்புக்குக் குறுக்கான ஈர்ப்பு தேவைப்பட்டது.

சிக்கிக்கொண்டு பின் விடுபடும் விளிம்பா?

ஆய்வு ஒரே ஒரு பாக்டீரிய வகையைக் (strain), கட்டுப்படுத்தப்பட்ட ஆய்வக நிலைமைகளில் பயன்படுத்தியது; மாதிரியும் ஒரு எளிமைப்படுத்தப்பட்ட விவரிப்பு. சரிவின் கீழ் நுனியில், சிக்கிக்கொண்ட ஒரு விளிம்புக்குப் பின்னால் திரவமும் செல்களும் குவிந்து, விளிம்பு திடீரென விடுபடும் வரை — மீண்டும் மீண்டும் — காத்திருக்கக்கூடும் என்றும், அது பெரிய சுழல்களையும் உடைக்கும் என்றும் ஆசிரியர்கள் முன்மொழிகின்றனர்; ஆனால் முகப்பு, ஓட்டம் ஆகியவற்றின் ஒத்திசைந்த அளவீடுகளால் சோதிக்கப்பட வேண்டிய ஒரு கருதுகோளாகவே இந்த இயக்கமுறையைக் குறிக்கின்றனர். அவர்களின் பரந்த செய்தி எளிமையானது: திரள் பரவல் சோதனைகளில், பரப்பின் திசையமைவு ஒரு நடுநிலையான சிறு விவரம் அல்ல.