పళ్లాన్ని వంచితే బ్యాక్టీరియా వాలు వైపు వ్యాపిస్తుంది
స్వార్మింగ్ (swarming) అనేది కొన్ని బ్యాక్టీరియా కలిసి ప్రయాణించే ఒక విధానం: కదిలే కణాల దట్టమైన గుంపులు మెత్తని, తేమగా ఉన్న ఉపరితలంపై, పలుచని ద్రవ పొర లోపల వ్యాపించి, గుచ్ఛాలు, సుడులు, సామూహిక ప్రవాహాలను ఏర్పరుస్తాయి. ప్రయోగశాలలో గుంపులు వృత్తాలుగా, శాఖలుగా విస్తరించే ఆకారాలుగా లేదా తీగల్లా పెరుగుతాయి.
వాటి భౌతిక పరిసరాలు ముఖ్యం — జెల్ ఎంత నీటిని అందిస్తుంది, ద్రవ పొర యొక్క తలతన్యత. కానీ ఒక అంశాన్ని చాలావరకు పట్టించుకోలేదని పరిశోధనా పత్రం పేర్కొంటుంది: గురుత్వాకర్షణ. ప్రామాణిక ప్రయోగాలు క్షితిజ సమాంతర పళ్లాలను ఉపయోగిస్తాయి, అక్కడ గురుత్వాకర్షణ ఒక స్థిరమైన, తటస్థ నేపథ్యం. రచయితలు ఉదహరించిన ఒక పాత అధ్యయనం, మెత్తని జెల్‌లో పెంచిన స్టెఫిలోకాకై కాలనీల ఆకారాన్ని గురుత్వాకర్షణ దిశ మార్చిందని చూపించింది.
ఎనిమిది కోణాలు, సమతలం నుంచి తలకిందుల వరకు
షాంఘై జియావో టోంగ్ యూనివర్సిటీ గ్లోబల్ కాలేజీకి చెందిన పెంగ్షి గు, జిజియే చ్యూ, సహచరులు, జార్జియా ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ, జాన్స్ హాప్కిన్స్ యూనివర్సిటీ, ఫుడాన్ యూనివర్సిటీకి చెందిన సహరచయితలతో కలిసి, Enterobacter sp. SM3తో పనిచేశారు. ఇది మొదట ఎలుక పేగు నుంచి వేరుచేసిన, గుంపుగా వ్యాపించే బ్యాక్టీరియం — పేగు అనేది ఉపరితలాలు వంగి ఉండి, అరుదుగా క్షితిజ సమాంతరంగా ఉండే పరిసరం. సమతల పళ్లెంలో SM3 దాదాపు గుండ్రని కాలనీని ఏర్పరుస్తుంది, ఇది ఒక స్పష్టమైన ప్రమాణం.
వారు మెత్తని జెల్ పళ్లాల మధ్యలో బ్యాక్టీరియా బిందువును ఉంచి, సమతల ఉపరితలంపై మూడు గంటల పాటు గుంపు మొదలవనిచ్చి, తర్వాత పళ్లాలను ఎనిమిది దిశల్లో అమర్చారు: సమతలం (0°), పైకి చూస్తూ 30°, 45°, 75° వాలు, కిందికి చూస్తూ 105°, 135°, 150° వాలు, తలకిందుల సమతలం (180°). వారు తొమ్మిది గంటల వరకు ప్రతి గంటకూ కాలనీలను ఫోటో తీశారు — ప్రతి కోణానికి 15 స్వతంత్ర కాలనీలు — ప్రతి కాలనీ అంచు వెంబడి ఐదు బిందువుల వద్ద కదిలే కణాలను సూక్ష్మదర్శిని కింద చిత్రీకరించారు.
మధ్య కోణాలు గెలుస్తాయి
తేడాలు కాలక్రమంలో పెరిగాయి. చివరికి, గుంపు పెరుగుదల వాలుపై ఏకదిశ కాని (non-monotonic) విధంగా ఆధారపడింది: కాలనీలు మధ్యస్థ వాలుల వద్ద అత్యధికంగా పెరిగాయి, 75°, 45° వద్ద అతిపెద్దవి, దాదాపు లేదా పూర్తిగా తలకిందుల పళ్లాలపై (150°, 180°) అత్యల్పం. కేవలం కొద్దిగా, 30° వంచిన పళ్లాలు సమతల వాటి కంటే కొంచెం తక్కువగా పెరిగాయి.
ఏ వైపు పైకి చూస్తోందనేది కూడా ముఖ్యమైంది. ఒకే వాలుతో, ఒకటి పైకి, మరొకటి కిందికి చూసే పళ్లాల జతలు — 30°, 150°; 45°, 135°; 75°, 105° — వేర్వేరు ఫలితాలు ఇచ్చాయి: ప్రతి జతలోనూ పైకి చూసే అమరిక పెద్ద కాలనీలను ఉత్పత్తి చేసే ధోరణి చూపింది.
వాలు కిందికి లాగబడిన ఆకారాలు
సమతల కాలనీలు దాదాపు వృత్తాకారంగానే ఉన్నాయి. వంచినవి ఒకవైపు ఒరిగి, వాలు కింది వైపు విస్తరించాయి:
- ఆకార అసౌష్ఠవపు ఒక కొలమానం సమతల పళ్లాలపై సుమారు 0.1 వద్ద ఉండి, 75° వద్ద 0.90కి చేరింది.
- 75° నుంచి 135° మధ్య, వాలు కింది వైపు ఎగువ వైపు కంటే సుమారు 1.46 నుంచి 1.52 రెట్లు దూరం విస్తరించింది.
- కొన్ని కాలనీలకు తోకచుక్క లాంటి తోక పెరిగింది: 75° వద్ద, వాలు కింది కొన దాని రెండు పక్క పార్శ్వాల కంటే సుమారు 2.2 రెట్లు వేగంగా ముందుకు సాగింది.
సూక్ష్మదర్శిని కింద, చిత్రం మరింత సూక్ష్మంగా ఉంది. సాధారణంగా కణాలు సమతల పళ్లాల కంటే వంచిన పళ్లాలపై నెమ్మదిగా కదిలాయి, కాలనీ పైభాగం కంటే వాలు కింది కొన వద్ద నెమ్మదిగా కదిలాయి. కొన వద్ద సుడులు కొద్దిగా చిన్నవి, సంఖ్యలో ఎక్కువ. అంటే అత్యంత వేగంగా ముందుకు సాగిన అంచు, కణాలు అత్యంత నెమ్మదిగా కదిలిన చోటే — స్థానిక కణ వేగం ఒక్కటే అంచు ఎలా పురోగమిస్తుందో వివరించలేదనడానికి ఇది సంకేతం అని రచయితలు రాస్తున్నారు.
రెండు వైపులా లాగబడే నీటి పొర
ఈ ధోరణులను వ్యాఖ్యానించడానికి, బృందం గుంపులను కణాలు, నీటితో కూడిన పలుచని, రెండు పొరల పొరగా వర్ణించే ఇప్పటికే ఉన్న ఒక నమూనాను విస్తరించి, రెండు భాగాలుగా విభజించిన గురుత్వాకర్షణను జోడించింది. ఉపరితలం వెంబడి ఉండే భాగం పొరను వాలు కిందికి నెడుతుంది. ఉపరితలానికి అడ్డంగా ఉండే భాగం పొరలోని పీడనాన్ని మారుస్తుంది, దానితో పాటు కింది జెల్ నుంచి నీరు ఎంత వేగంగా ఊరుతుందో కూడా.
ప్రయోగాల నిజమైన పరిమాణాలకు గానీ సమయాలకు గానీ సర్దుబాటు చేయని ఈ నమూనా, ఉత్తమ కోణం 75°తో సహా ప్రధాన నమూనాలను పునఃసృష్టించింది. ఒకసారి ఒక్కో భాగాన్ని ఆపివేస్తే పాత్రలు స్పష్టమయ్యాయి: ఉపరితలం వెంబడి గురుత్వాకర్షణ వాలు కిందికి సాగడాన్ని సృష్టించింది, పైకి చూసే పళ్లాలను కిందికి చూసే వాటి నుంచి వేరు చేయడానికి అడ్డంగా ఉండే గురుత్వాకర్షణ అవసరమైంది.
చిక్కుకున్న అంచు విడిపోతుందా?
అధ్యయనం నియంత్రిత ప్రయోగశాల పరిస్థితుల్లో ఒకే బ్యాక్టీరియా జాతిని ఉపయోగించింది, నమూనా ఒక సరళీకృత వర్ణన. వాలు కింది కొన వద్ద, ద్రవం, కణాలు చిక్కుకున్న అంచు వెనుక పోగుపడి, అది అకస్మాత్తుగా విడిపోయే వరకు, మళ్లీ మళ్లీ, అలా జరుగుతుండవచ్చని రచయితలు సూచిస్తున్నారు; అది పెద్ద సుడులను కూడా విచ్ఛిన్నం చేస్తుంది — కానీ ఈ యంత్రాంగం ఊహాత్మకమైనదని, అంచు, ప్రవాహాలను సమకాలికంగా కొలిచి పరీక్షించాల్సి ఉందని వారు స్పష్టం చేస్తున్నారు. వారి విస్తృత సందేశం సరళమైనది: స్వార్మింగ్ ప్రయోగాల్లో, ఉపరితలపు దిశ తటస్థమైన వివరం కాదు.