O bacterie „alchimistă” mișcă obiecte fără să le atingă și pune sub semnul întrebării unele legi ale fizicii

Un experiment științific a demonstrat că mișcarea particulară a bacteriilor E. coli produce acest fenomen misterios, ceea ce ar putea avea aplicații practice în nanotehnologie, scrie revista National Geographic.

E.coli și-a demonstrat recent ”talentul” de alchimist prin transformarea sticlelor de plastic în medicamente pentru Parkinson, după cum au descoperit cercetătorii de la Universitatea din Edinburgh.

Acum, un nou studiu publicat în revista Nature Physics a dezvăluit că această bacterie are o nouă abilitate: rotirea obiectelor fără a le atinge fizic.

Mai exact, un experiment a permis documentarea modului în care aceste microorganisme reușesc să propulseze discuri simetrice în medii închise prin manipularea curenților invizibili pentru ochi.

Potențial, cercetarea deschide calea către crearea de micromotoare biologice și proiectarea de materiale inteligente care să profite de energia lor.

Conform premiselor clasice ale mecanicii fluidelor, doar corpurile cu forme neregulate puteau experimenta rotații sub influența bacteriană.

Cu toate acestea, cercetătorii au fabricat piese mici prin imprimare 3D la scară nanometrică care, deși erau complet netede, au început să se rotească în mod persistent.

Experții subliniază că factorul determinant nu a fost morfologia obiectului, adică forma sa, ci reacția hidrodinamică la care este supus fluidul atunci când E. coli se deplasează prin canale microscopice.

Secretul acestei forțe motrice rezidă în modul în care E. coli se deplasează prin apă, corpul său rotindu-se într-o direcție, în timp ce ”coada” sa se rotește în direcția opusă.

Această interacțiune generează un dipol de cuplu hidrodinamic, o perturbație care modifică presiunea lichidului înconjurător și ajunge să antreneze microstructurile solide.

Conform studiului citat și de Phisics World, apa încetează să mai acționeze ca un mediu static și se transformă într-un mecanism de transmitere a energiei extrem de eficient și precis.

În timpul testelor de laborator, s-a observat că viteza de mișcare creștea semnificativ atunci când discurile conțineau compartimente interne complexe.

Acest fenomen sugerează că microcanalele acționează ca un fel de atelier, în care fiecare exemplar bacterian se comportă ca un vâslaș coordonat de legile fizicii.

Absența coliziunilor mecanice directe confirmă faptul că motorul este pur hidrodinamic, permițând un control asupra mișcării care înainte era considerat imposibil.

Descoperirea ar avea un impact direct asupra biomedicinei și, în special, asupra studiului biofilmelor care protejează coloniile infecțioase.

Înțelegerea modului în care microorganismele transmit forțe în spații restrânse va facilita dezvoltarea noilor suprafețe medicale antibiofilm și a unor terapii mai disruptive.

Cunoscând comportamentul acestor creaturi în porii solului sau țesuturilor umane, știința poate prezice capacitatea lor de rezistență și cooperare colectivă.

Capacitatea acestor bacterii de a funcționa ca motoare autonome ar putea avea, de asemenea, implicații în ingineria materialelor moi și a sistemelor auto-organizate.

Autorii cercetării subliniază că energia generată de înotul bacterian poate fi canalizată pentru a acționa dispozitive la scară minusculă în mod persistent.

Posibilitatea de a construi ceva asemănător unui motor microscopic folosind surse de energie biologică reprezintă o schimbare de paradigmă în nanotehnologia contemporană și în utilizarea energiei.

Studiul menționat și în publicațiaScience Daily demonstrează că nu este necesar ca organismul să atingă peretele canalului pentru a iniția rotația discului.

Este suficient ca o singură bacterie să traverseze spațiul pentru ca deformarea fluxului să declanșeze rotația, ceea ce întărește teoria conform căreia fizica microbilor este mult mai complexă decât se preconiza.

La rândul său, cercetarea subliniază că în medii de confinare extremă, unde vâscozitatea mediului este dominantă, fiecare vârtej devine un instrument de lucru util.

Această descoperire nu numai că ar explica fenomene anterior neînțelese în agregatele celulare, ci stabilește regulile pentru următoarea generație de dispozitive micromecanice.

În acest teatru invizibil al vieții, spun cercetătorii, cele mai mici organisme de pe planetă demonstrează o capacitate uimitoare de a-și manipula mediul în care trăiesc.