เข้าใจการว่ายน้ำของแบคทีเรียในของเหลวเชิงซ้อนได้ดีขึ้นด้วยการทดลองและแบบจำลองใหม่

ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ แบคทีเรียดูเหมือนจะดิ้นและโยกเยกเพื่อไปยังตำแหน่งที่ต้องการ การเคลื่อนไหวที่แปลกประหลาดเหล่านี้ยังคงมีประสิทธิภาพ: ทุกๆ วินาที แบคทีเรียสามารถว่ายน้ำได้หลายสิบเท่าของความยาวลำตัว ซึ่งเทียบเท่ากับการว่ายน้ำของมนุษย์ที่เร็วกว่า 20 เมตรต่อวินาที เหลือเชื่อ ในของเหลวต่างๆ เช่น เยื่อบุปอดและกระเพาะอาหาร แบคทีเรียสามารถว่ายน้ำได้เร็วยิ่งขึ้น 

ในความเป็นจริง 

ยิ่งของเหลว “ยุ่งเหยิง” มากเท่าไหร่ แบคทีเรียก็ยิ่งเดินทางตรงและเร็วขึ้นเท่านั้น หลังจากการวิจัยหลายทศวรรษ ฟิสิกส์ของปรากฏการณ์นี้ยังอยู่ภายใต้การถกเถียงแบคทีเรียว่ายในของเหลวอย่างไร…อาจจะ

แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่มีขนาดไม่กี่ในพันของมิลลิเมตร ในการว่ายน้ำในของไหล 

พวกมันต้องอาศัยแฟลเจลลา ซึ่งเป็นเส้นใยเกลียวที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งเชื่อมต่อกับ “มอเตอร์” ที่ยึดกับผิวเซลล์ แรงขับที่เกิดขึ้นเมื่อมอเตอร์หมุนจะขับเคลื่อนแบคทีเรียไปข้างหน้า เมื่อมอเตอร์ทั้งหมดถูกซิงโครไนซ์ แฟลกเจลลาจะปรากฏเป็นกลุ่มเดียวที่หมุนอย่างสม่ำเสมอ เพื่อให้สมดุลกับการหมุนนี้

ร่างกายของเซลล์แบคทีเรียก็จะหมุนตามไปด้วย การจัดตำแหน่งที่ไม่แม่นยำระหว่างการเคลื่อนที่ของตัวเซลล์และกลุ่มแฟลเจลลาร์ส่งผลให้เกิดวิถีการเคลื่อนที่แบบเกลียวคล้ายเกลียวซึ่งถูกมองว่าเป็น “การโยกเยก” ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ การว่ายน้ำของแบคทีเรียนี้มีลักษณะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับของเหลว

ที่แบคทีเรียแช่อยู่ ในของเหลวที่ซับซ้อน เช่น ที่เกาะตามอวัยวะบางส่วน แบคทีเรียจะว่ายได้เร็วกว่าของเหลวทั่วไป เช่น น้ำ ซึ่งเป็นข้อสังเกตที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สนใจมากว่าหกสิบปี“การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียว่ายน้ำได้เร็วกว่าในสารละลายโพลิเมอร์ที่มีความเข้มข้นต่ำมากกว่า

ในน้ำบริสุทธิ์ แต่ทำไมพวกเขาถึงแสดงพฤติกรรมที่ผิดปกติเช่นนี้ไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด”จากมหาวิทยาลัยมินนิโซตากล่าว ทฤษฎีต่างๆ ในปัจจุบันกล่าวถึงวิธีที่แบคทีเรียว่ายในของเหลวที่ซับซ้อนโดยเน้นที่ไดนามิกที่นำเสนอโดยการปรากฏตัวของโพลิเมอร์ (โมเลกุลที่สร้างขึ้นโดยการเชื่อมโยงหน่วยขนาดเล็ก

จำนวนมาก

เข้าด้วยกันเพื่อสร้างโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้น) แต่จากการศึกษาใหม่พบว่าพฤติกรรมการว่ายน้ำของแบคทีเรียที่ปรับปรุงแล้วคล้ายคลึงกันเมื่อมีคอลลอยด์ ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งของเหลว

รูปแบบใหม่สำหรับการว่ายน้ำของแบคทีเรีย การศึกษาซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร Natureเป็นผลจาก

ความร่วมมือระหว่างทีม นักวิจัยได้วิเคราะห์วิธีการที่แบคทีเรียแต่ละชนิดว่ายน้ำโดยการศึกษาความเข้มข้นต่ำของเชื้ออีโคไลที่ติดแท็กด้วยสารเรืองแสงที่ฉีดในสารละลายคอลลอยด์ (ที่ความเข้มข้นสูง แบคทีเรียเช่นอีโคไลแสดงการว่ายน้ำรวม เช่น ฝูงนกหรือฝูงปลาที่เปลี่ยนพฤติกรรมการว่ายน้ำ) 

ทีมงานได้สังเกตคุณลักษณะ 7 ประการ เช่น ความเร็วในการว่ายน้ำและอัตราการลอย ซึ่งสอดคล้องกับพฤติกรรมการว่ายน้ำของแบคทีเรียที่สังเกตได้ในสารละลายโพลิเมอร์ และสรุปได้ว่าไดนามิกที่เกิดจากการมีอยู่ของโพลิเมอร์เพียงอย่างเดียวไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมแบคทีเรียจึงเดินทางได้เร็วกว่า

ในของเหลวที่ซับซ้อนนักวิจัยตระหนักว่าแต่ละอนุภาค ไม่ว่าจะเป็นคอลลอยด์หรือโพลิเมอร์ จะปรากฏเป็นพื้นผิวแข็งสำหรับแบคทีเรียที่เดินทาง การชนเข้ากับพื้นผิวของวัตถุทำให้เกิดแรงบิด ทำให้แฟลกเจลลาโค้งงอ และลดแนวที่ไม่ตรงระหว่างกลุ่มแฟลเจลลาร์กับตัวเซลล์ ส่งผลให้โดยรวมว่ายได้ตรงขึ้น

และเร็วขึ้น 

เพื่อรวมผลการทดลองทางคณิตศาสตร์ นักวิจัยจึงได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการว่ายน้ำของแบคทีเรีย โมเดลแบบไม่มีพารามิเตอร์นี้นำเสนอวิธีคิดใหม่เกี่ยวกับการว่ายของแบคทีเรียโดยการรวมการหมุนลำตัวแข็งของแบคทีเรียเข้ากับความเร็วเชิงมุมของตัวเซลล์

กล่าวว่า แม้ว่าการเคลื่อนไหวของจุลินทรีย์จะเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางจุลชีววิทยาหลายอย่าง เช่น การติดเชื้อของโรค ภาวะเจริญพันธุ์และการสืบพันธุ์ และสุขภาพของระบบนิเวศ แรงจูงใจของเขาในการมีส่วนร่วมในการวิจัยด้านนี้คือความหลงใหลในการที่นักว่ายน้ำตัวเล็กๆ เช่น แบคทีเรียอาศัยอยู่

ในพวกมัน สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ“ผมสนใจแค่ว่าสิ่งมีชีวิตตัวเล็กๆ ที่ว่ายไปมาในชีวิตปกติของพวกมันเป็นอย่างไร” เขากล่าว โชคดีอย่างน้อยสำหรับเฉิง การศึกษานี้ไม่ใช่คำตอบสุดท้ายเกี่ยวกับการว่ายของแบคทีเรีย ทีมงานของเขากำลังตรวจสอบว่าแบคทีเรียมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อมีคอลลอยด์

ไม่ได้ทำให้ต้นไม้ที่อยู่ห่างออกไปหลายไมล์เติบโตเร็วขึ้น” เขากล่าว “ต้นไม้ที่เก็บเกี่ยวเพื่อผลิตพลังงานชีวภาพจะเติบโตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นการขจัด CO 2 ออก จากชั้นบรรยากาศ มากขึ้น ยิ่งป่าเติบโตเร็วเท่าไร แหล่งกักเก็บคาร์บอนในอนาคตก็ยิ่งสูญเสียไปมากเท่านั้น”

สันนิษฐานว่าต้นไม้อายุน้อยดูดซับคาร์บอนได้มากกว่าต้นไม้ที่มีอายุมากเพราะพวกมันเติบโตเร็ว แต่การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้เปิดเผยว่าป่าไม้โบราณที่เติบโตในเขตอบอุ่นใช้คาร์บอนไดออกไซด์มากกว่าพื้นที่เพาะปลูกอายุน้อย เนื่องจากในบางกรณีการเจริญเติบโตจะเร่งขึ้นตามอายุและการดูดซับ CO 2

จะเทียบเท่ากับมวลชีวภาพโดยประมาณ ( Nature 507 90). “ห่างไกลจากที่ราบสูงในแง่ของการกักเก็บคาร์บอนตั้งแต่อายุยังน้อยอย่างที่เชื่อกันมานาน ป่าที่มีอายุมากกว่า (เช่น มีอายุมากกว่า 200 ปีโดยไม่มีการแทรกแซง) มีแหล่งที่อยู่อาศัยที่หลากหลาย โดยทั่วไปแล้วจะยังคงกักเก็บคาร์บอนเพิ่มเติม

เป็นเวลาหลายสิบปีหรือหลายศตวรรษ และดูดซับคาร์บอนได้มากกว่าพื้นที่ที่มีอายุน้อยและมีการจัดการอย่างมีนัยสำคัญ” นักวิจัยเขียนในวารสารประมาณ 12% ซึ่งเพียงพอสำหรับสี่ล้านครัวเรือนของผู้ใช้เฉพาะรายในที่สุดอย่างมาก โดยมีข้อผิดพลาดเพียง 2 เดซิเบล ซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่ 1310±70 นาโนเมตรที่การแสดงภาพเภสัชจลนศาสตร์ของยา TRNT”

credit: coachwalletoutletonlinejp.com tnnikefrance.com SakiMono-BlogParts.com syazwansarawak.com paulojorgeoliveira.com NewenglandBloggersMedia.com FemmePorteFeuille.com mugikichi.com gallerynightclublv.com TweePlebLog.com