Китайские физики обнаружили, что плотно заселенные колонии некоторых видов бактерий, в том числе синегнойной палочки, способны коллективно вырабатывать стационарные спиральные волны, аналоги которых возникают в сердечной мышце и в коре мозга людей и животных. Результаты наблюдений ученых были опубликованы в статье в журнале Nature Physics.

«Мы раскрыли простой физический механизм, запускающий формирование спиральных волн в колониях бактерий. В состоянии равновесия они являются фактически стационарными, что роднит их с многими другими спиральными колебаниями в живых системах, которые возникают в тканях сердца и коры мозга. Это позволяет использовать колонии бактерий в качестве более простого механического аналога этих сложно устроенных живых систем», – пишут исследователи.

К такому выводу пришла группа китайских физиков под руководством профессора Китайского университета Гонконга У Илиня при изучении того, как работают так называемые ворсинки синегнойных палочек – нитевидные белковые структуры, которые бактерии используют для прикрепления себя к другим клеткам или к неживой материи, а также для обмена генетическим материалом с другими микробами.

Китайские физики случайным образом обнаружили, что взаимодействия между этими выростами на поверхности оболочек соседних микробов приводят к тому, что вся колония микробов вырабатывает хорошо заметные спиральные волны. Они движутся достаточно быстро, со скоростью в 1–3 микрометра в секунду, и при этом волны являются стабильными – центр спирали фактически не меняет своего положения, а сами колебания каждый раз проходят через одни и те же регионы питательной среды.

Столкнувшись с этим необычным феноменом, ученые вырастили бактериальные биопленки из культур синегнойной палочки и обнаружили, что схожие волны возникали на поверхности этой структуры, состоящей из микробов. Это подтвердило, что спиральные колебания возникали не случайным образом, а в результате коллективных взаимодействий между всеми микробами в колонии.

Зачем бактерии вырабатывают подобные спиральные волны, физики пока не могут сказать, однако при этом по своим свойствам и поведению волны оказались очень похожи на колебания в электрической активности клеток сердца и коры мозга. Это позволяет использовать культуры бактерий для изучения того, как работают эти ткани тела людей и других многоклеточных живых существ, а также для поиска причин появления сбоев в их работе, таких как эпилепсия и аритмия.