KABI EĞİN, BAKTERİLER YOKUŞ AŞAĞI YAYILSIN

Sürü hâlinde yayılma (swarming), bazı bakterilerin birlikte hareket etme biçimidir: hareketli hücrelerden oluşan yoğun kalabalıklar, yumuşak ve nemli bir yüzeyde, ince bir sıvı tabakası içinde yayılarak kümeler, girdaplar ve kolektif akışlar oluşturur. Laboratuvarda sürüler daireler, dallanan biçimler ya da ince uzantılar hâlinde büyür.

Fiziksel çevreleri önemlidir — jelin ne kadar su sağladığı, sıvı filminin yüzey gerilimi. Ama makaleye göre bir etken büyük ölçüde göz ardı edildi: yerçekimi. Standart deneyler, yerçekiminin sabit ve nötr bir arka plan olduğu yatay kaplar kullanır. Yazarların atıf yaptığı eski bir çalışma, yerçekiminin yönünün yumuşak jelde büyütülen stafilokok kolonilerinin biçimini değiştirdiğini göstermişti.

Düzden baş aşağıya sekiz açı

Şanghay Jiao Tong Üniversitesi Küresel Koleji’nden Pengxi Gu, Zijie Qu ve meslektaşları, Georgia Teknoloji Enstitüsü, Johns Hopkins Üniversitesi ve Fudan Üniversitesi’ndeki ortak yazarlarla birlikte, ilk olarak fare bağırsağından — yüzeylerin kıvrık olduğu ve nadiren yatay durduğu bir ortamdan — yalıtılmış, sürü hâlinde yayılan bir bakteri olan Enterobacter sp. SM3 ile çalıştı. Düz bir kapta SM3 neredeyse yuvarlak bir koloni oluşturur; bu da temiz bir referans demektir.

Yumuşak jel kaplarının ortasına bir damla bakteri koydular, sürünün düz bir yüzeyde üç saat boyunca başlamasına izin verdiler, ardından kapları sekiz yönelime yerleştirdiler: düz (0°), yüzü yukarı bakacak şekilde 30°, 45° ve 75° eğik, yüzü aşağı bakacak şekilde 105°, 135° ve 150° eğik ve düz ama baş aşağı (180°). Kolonileri dokuz saate kadar her saat fotoğrafladılar — her açı için 15 bağımsız koloni — ve her koloninin kenarı boyunca beş noktada hareket eden hücreleri mikroskop altında filme aldılar.

Orta açılar kazanıyor

Farklar zamanla birikti. Sonunda sürü büyümesi eğime monoton olmayan (non-monotonic) bir biçimde bağlıydı: koloniler en çok ara eğimlerde büyüdü, en büyükleri 75° ve 45°’de, en azı ise neredeyse ya da tamamen ters duran kaplarda (150° ve 180°). Yalnızca hafifçe, 30° eğilen kaplar düz olanlardan biraz daha az büyüdü.

Hangi yüzün yukarı baktığı da önemliydi. Aynı eğime sahip, biri yukarı biri aşağı bakan kap çiftleri — 30° ve 150°, 45° ve 135°, 75° ve 105° — farklı sonuçlar verdi: her çiftte yukarı bakan düzen daha büyük koloniler üretme eğilimindeydi.

Yokuş aşağı çekilen biçimler

Düz koloniler neredeyse dairesel kaldı. Eğik olanlar yamuldu, yokuş aşağı tarafa doğru uzadı:

Bir biçim asimetrisi ölçüsü düz kaplarda 0,1 civarında kaldı ve 75°’de 0,90’a ulaştı.
75° ile 135° arasında, yokuş aşağı taraf yukarı taraftan yaklaşık 1,46 ila 1,52 kat daha uzağa uzandı.
Bazı koloniler kuyruklu yıldız benzeri bir kuyruk çıkardı: 75°’de yokuş aşağıdaki uç, iki komşu yanından yaklaşık 2,2 kat daha hızlı ilerledi.

Mikroskop altında tablo daha inceydi. Hücreler eğik kaplarda genellikle düz kaplardakinden daha yavaş, yokuş aşağıdaki uçta ise koloninin tepesindekinden daha yavaş hareket etti. Uçtaki girdaplar biraz daha küçük ve daha çoktu. Yani en hızlı ilerleyen cephe, hücrelerin en yavaş hareket ettiği cepheydi — yazarlara göre bu, yerel hücre hızının tek başına kenarın nasıl ilerlediğini açıklayamayacağının bir işareti.

İki yöne çekilen bir su filmi

Bu eğilimleri yorumlamak için ekip, sürüleri hücrelerden ve sudan oluşan ince, iki katmanlı bir film olarak ele alan mevcut bir modeli genişletti ve iki bileşene ayrılmış yerçekimini ekledi. Yüzey boyunca olan bileşen filmi yokuş aşağı itiyor. Yüzeye dik bileşen ise filmdeki basıncı ve onunla birlikte alttaki jelden suyun ne hızla sızdığını değiştiriyor.

Deneylerin gerçek boyutlarına ya da sürelerine göre ayarlanmamış olan model, en iyi açı olan 75° dahil, ana örüntüleri yeniden üretti. Bileşenleri tek tek kapatmak rollerini netleştirdi: yüzey boyunca yerçekimi yokuş aşağı uzamayı üretirken, yukarı bakan kapları aşağı bakanlardan ayırmak için yüzeye dik yerçekimi gerekiyordu.

Takılıp kalan, sonra kurtulan bir kenar mı?

Çalışmada tek bir bakteri suşu, kontrollü laboratuvar koşullarında kullanıldı ve model basitleştirilmiş bir tanım. Yazarlar, yokuş aşağıdaki uçta sıvının ve hücrelerin takılıp kalmış bir kenarın arkasında birikebileceğini, ta ki kenar aniden kurtulana dek, tekrar tekrar — bunun büyük girdapları da parçalayacağını — öne sürüyor; ama bu mekanizmayı, cephe ve akışın eşzamanlı ölçümleriyle sınanması gereken bir varsayım olarak işaretliyorlar. Daha genel mesajları daha basit: sürü deneylerinde yüzeyin yönelimi nötr bir ayrıntı değil.