Физики засняли массовый заплыв бактерий в трех измерениях

Физикам удалось получить визуальные данные о перемещении бактерий в растворе жидкости. Исследователи надеются, что новые результаты позволят прояснить неоднородность "живых" растворов. Статья ученых появилась в журнале Physical Review E, а ее краткое изложение приводит Physical Review Focus.

В рамках исследования ученые использовали тонкий слой жидкости, заключенный в специальную металлическую рамку. Изменение размеров рамки приводило к изменению толщины слоя. В жидкость были помещены микроорганизмы Bacillus subtilis.

Для получения информации непосредственно о передвижении микроорганизмов ученые использовали оптическую микроскопию, а также томографию. Раствор, использовавшийся исследователями, содержал примерно в 20 раз больше микроорганизмов, чем обычные лабораторные растворы. Несколько видеороликов экспериментов доступно здесь.

Традиционные модели, описывающие движение микроорганизмов, подразумевают, что данные объекты обитают в двумерном слое жидкости. При этом в реальных трехмерных средах характер движения далеко не двумерный, то есть плоские слои перемешиваются. Используя собранные данные о движении B. subtilis, ученым удалось определить ту самую критическую толщину слоя, начиная с которой движение превращается из двумерного в трехмерное.

Кроме этого, исследователи предложили достаточно простое объяснение наблюдаемого характера движения. В частности, ученые установили, что бактерии "толпятся" у поверхности в поисках кислорода. При этом образуются сгустки организмов. Когда толщина водного слоя превышает критическую, между поверхностями образуется слой без кислорода. Попавшие туда бактерии теряют силы и тонут под воздействием силы тяжести. При этом они утаскивают "соседей" с собой. В результате образуется движение жидкости, направленное перпендикулярно горизонтальным плоскостям.