UNIST ve Stanford Üniversitesi’nden fizikçi ve mikrobiyologlardan oluşan işbirlikçi bir ekip, ilk kez, bakteriler gibi kendiliğinden hareket eden parçacıkların dağılımını düzenleyen temel yasaları ortaya çıkardı.
Yayınlandığı yer Fiziksel İnceleme MektuplarıBu atılım, UNIST Fizik Bölümü’nden Profesör Joonwoo Jeong, UNIST Biyolojik Bilimler Bölümü’nden Profesör Robert J. Mitchell ve Stanford Üniversitesi’nden Profesör Sho C. Takatori tarafından ortaklaşa yürütüldü.
Çalışma, canlı bakterilerin dağılımının, hareketlilikleri ile belirli sıvı ortamlara olan ilgileri arasındaki hassas denge tarafından yönetildiğini ortaya koyuyor. İlginçtir ki, bulgular benzer benzeri çeker ilkesiyle tutarlı bir olguyu vurgulamaktadır.
Hareketli bakteriler, benzer hareketlilik davranışları sergileyen diğer bakterilerle bir araya gelme eğiliminde olup, karmaşık sıvılar içindeki mekansal dağılımlarını etkiler. Bakterileri belirli sıvılara çeken kuvvetler onları sınırlama eğiliminde olsa da, bakterilerin hareket etme yeteneği onların bu sınırlamalardan kaçmasına ve daha geniş bir alana dağılmasına olanak tanıyor; bu da yalnızca enerji tercihlerine dayalı geleneksel beklentilere meydan okuyor.
Araştırmacılar, optik cımbız kullanarak bakterilerin bir sıvı fazı diğerine tercih etmek için uyguladığı kuvvetleri hassas bir şekilde ölçtüler ve bu çekici kuvvetin yaklaşık 1 pikonewton (pN) olduğunu buldular; bu kuvvet, yerçekimi altındaki insan saçının deneyimlediği kuvvetten yaklaşık 10 milyon kat daha zayıftı.
Dikkat çekici bir şekilde, bakterinin itme kuvveti, bu zayıf çekici kuvvetlerin üstesinden gelmek ve bakterilerin fazlar arasında geçiş yapmasını sağlamak için yeterli olan yaklaşık 10 pN’de ölçülmüştür; bu da hareketliliğin aktif madde sistemlerindeki dağılımı nasıl etkilediğini göstermektedir.
Deneyler, fermente soya fasulyesi ürünlerinde yaygın olarak kullanılan bir bakteri olan Bacillus subtilis’in, doğal olarak dekstran açısından zengin ve PEG açısından zengin fazlara ayrılan iki fazlı bir dekstran/PEG sistemine enjekte edilmesini içeriyordu.
Hareketsiz bakteriler tercih ettikleri fazla sınırlı kalırken, hareketli bakteriler her ikisine de eşit şekilde dağıldı; bu yalnızca termal dalgalanmalarla açıklanamayacak bir olgu.
Bunun yerine, hareketli bakteriler, benzer-çekici-benzer davranış biçimi sergiler; burada kendi kendini itme ve karşılıklı çekim, onları benzer bakterilerle kümelenmeye yönlendirerek faz bölümlemelerini etkiler.
Katkıda bulunan başlıca kişiler arasında UNIST’te eski bir doktora öğrencisi olan ve şu anda Georgia Tech’te doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Dr. Jiyong Cheon ve Stanford Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Kyu Hwan Choi bulunmaktadır.
Ekip, fizik, kimya mühendisliği ve mikrobiyolojiyi kapsayan bu disiplinler arası çalışmanın, denge dışı koşullarda aktif parçacıklara etki eden kuvvetleri başarıyla ölçtüğünü vurguladı.
Bu model sistem, enerjinin sürekli olarak sağlandığı veya tüketildiği ortamlarda bakterilerin ve diğer aktif parçacıkların nasıl davrandığına dair yeni bilgiler sunarak, benzer davranışların kolektif dinamikleri çekme ve etkileme eğiliminde olduğu fikrini güçlendiriyor.
Profesör Jeong şöyle açıkladı: “Bu araştırma, bakterilerin vücutta nasıl yuvalar kurduğunu anlamamıza yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda protein saflaştırma, biyosensör geliştirme ve mikro robotların tasarımında da potansiyel uygulamalara sahip.”
