Математика и Computer Science

Образование колонии бактерий описали с точки зрения высшей математики

Колония _Myxococcus xanthus_

Колония Myxococcus xanthus

Trance Gemini/Wikimedia Commons

Американские исследователи изучили, как бактерии Myxococcus xanthus образуют плодовые тела, чтобы переждать неблагоприятные условия. Трехмерная съемка колонии бактерий с помощью микроскопа показала, что они формируют структуры, напоминающие отпечатки пальцев, а образование плодового тела можно объяснить появлением топологических дефектов. Статья опубликована в журнале Nature Physics.

Ученые из Принстонского университета исследовали, как колонии бактерий Myxococcus xanthus образуют структуры, называемые плодовыми телами, для того чтобы переждать неблагоприятные условия среды. Оказалось, что эти палочковидные бактерии формируют узоры, напоминающие отпечатки пальцев или жидкие кристаллы, в точках пересечения рядов клеток начинают появляться новые слои, и таким образом появляются плодовые тела.

Myxococcus xanthus способны образовывать организованные колонии. Клетки такого сообщества совместно передвигаются в сторону потенциальных жертв (бактерий другого вида), окружают их и переваривают. Когда пищи мало, колонии бактерий образуют мягкие структуры, называемые плодовыми телами. В этой форме бактерии пережидают неблагоприятные условия. До сих пор ученые не понимали, как именно образуются эти структуры.

Палочковидные бактерии Myxococcus xanthus образуют организованные колонии. Katherine Copenhagen/Princeton University

Чтобы ответить на этот вопрос, авторы работы установили микроскоп, отслеживающий перемещения M. Xanthus в трех измерениях. Формируя многослойное плодовое тело, бактерии образовывали узоры, напоминающие отпечатки пальцев, в точке пересечения двух нитей начинал формироваться новый слой клеток. Такие точки аналогичны понятию топологических дефектов в высшей математике. Топологический дефект возникает, когда две смежные структуры «не совпадают по фазе» друг с другом, что делает невозможным плавный переход между ними.

«Мы называем точки пересечения топологическими дефектами, потому что их невозможно удалить с помощью плавного преобразования. Мы не можете просто нарушить выравнивание клеток, чтобы избавиться от той точки, где выравнивание потеряно», — объяснил соавтор работы Ричард Алерт.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.