Sa pamamagitan ni Pesach Benson • Agosto 5, 2025
Jerusalem, 5 Agosto, 2025 (TPS-IL) — Sa isang makabuluhang pag-aaral na nag-uugnay sa pisika at biyolohiya, natuklasan ng mga mananaliksik ang kumplikadong kolektibong kilos ng mga species ng bacteria na kinuha mula sa isang natatanging likas na kapaligiran sa hilagang Mexico. Ang pagtuklas na ito ay hindi lamang nagbibigay-liwanag sa pagsasarili ng mikrobyo kundi maaaring magkaroon din ng mas malawak na implikasyon sa pag-unawa sa kolektibong galaw sa buong kalikasan — mula sa mga lipad ng ibon hanggang sa mga robotic system.
Ang koponan ng pananaliksik, sa pangunguna ni G. Joel Stevens at Dr. Rinat Arbel-Goren ng Weizmann Institute of Science, nagtipon ng mga sample ng mikrobyo mula sa Cuatro Ciénegas Basin sa Coahuila, Mexico — isang rehiyon sa disyertong tahanan ng mga biyong mikrobyo na pinaniniwalaang katulad ng kapaligiran ng Earth mga 700 milyong taon na ang nakararaan. “Ang lugar na ito ay nagbibigay-saya sa akin sa mga taon,” sabi ni G. Stevens, isang pisikong espesyalista sa mga biological system. “Ang mga ekstremong kondisyon nito ay nagbibigay ng pananaw sa sinaunang kilos ng mikrobyo.”
Sa kanilang laboratoryo, ang koponan ay nakipagtulungan sa Mexicong microbiologist na si Dr. Oscar Gayardo-Navarro upang palaguin at pag-aralan ang mga bacteria. Noong kanyang postdoctoral research, natuklasan ni Gayardo-Navarro ang isang nakapagtataka: kahit gaano pa karami ang haluin niya ang mga kultura ng bacteria, sila ay biglang naghiwalay sa mga kumplikadong pattern sa ilalim ng mikroskopyo.
“Ito ay hindi basta-basta,” sabi niya. “Ang bawat species ay tila naglalagay ng isang natatanging pattern — ang iba sa hexagon, ang iba sa spirals o sa mga flowing structures.”
Ang mga kahanga-hangang pattern na ito, natuklasan ng mga mananaliksik, ay bunga ng isang pisikal na proseso na kilala bilang “bioconvection.” Ang bioconvection ay isang phenomenon sa dynamics ng likido na nagaganap kapag ang malalaking bilang ng mga self-propelled microorganism — tulad ng mga bacteria o algae — ay gumagalaw sa isang likido, karaniwan sa pagtugon sa mga environmental cues tulad ng oxygen o liwanag.
“Ang mga bacteria ay lumalangoy pataas patungo sa ibabaw sa paghahanap ng oxygen,” paliwanag ni Stevens. “Ngunit dahil sila ay mas mabigat kaysa sa tubig, hinahatak sila pababa ng grabedad, na lumilikha ng isang uri ng convection current. Ito ay isang dinamikong loop — isang patuloy na pagtulak at paghila sa pagitan ng grabedad at ang pangangailangan ng bacteria para sa oxygen.”
Bagaman ang bioconvection ay hindi isang bagong konsepto, ang pag-aaral — kamakailan lamang na nailathala sa peer-reviewed scientific journal na Nature Communications — ay nagpapakita para sa unang pagkakataon kung paano nagbibigay ng natatanging hugis ang iba’t ibang species ng bacteria. “Hanggang ngayon, karamihan sa mga pag-aaral ay tumutok sa mga strain na inalagaan sa laboratoryo nang mag-isa,” sabi ni Stevens. “Walang talagang nagtingin kung paano kumilos ang iba’t ibang species mula sa isang natural na komunidad kapag pinagsama-sama.”
Dinala pa ng koponan ang kanilang pananaliksik sa isang mas mataas na antas sa pamamagitan ng paghalo ng iba’t ibang species ng bacteria upang obserbahan kung paano sila mag-iinteract. Sa kanilang pagkabigla, ang mga species ay nagpanatili ng espasyal na paghiwalay sa loob ng kanilang pinagsamang kapaligiran, kahit na sila ay mabuti nang hinalu-halo bago. “Binigyan namin ng iba’t ibang fluorescent marker ang bawat species, asahan sana namin ang kaguluhan,” alaala ni Dr. Arbel-Goren. “Sa halip, nakita namin ang kahanga-hangang kaleidoscopic patterns na nabuo — ang bawat species ay nananatili sa kanyang espasyo, tulad ng mga mananayaw na koreograpo nang hindi nag-uusap.”
Ang paghiwalay na ito, konklusyon ng koponan, ay hindi nagmumula sa biyolohikal na atraksyon o repulsyon, o mula sa mga pagkakaiba sa hugis ng selula. Sa halip, ito ay nagmumula sa mga subtileng pagkakaiba sa kilos ng paglangoy.
“Bawat species ay may kanya-kanyang ritmo — kanya-kanyang average speed at turning frequency,” sabi ni Stevens. “At habang mas malaki ang pagkakaiba sa mga katangian ng kilos na ito, mas malinaw ang espasyal na paghiwalay.”
Ang pinakakahanga-hanga marahil ay ang saklaw ng phenomenon. “Nagsasalita tayo ng mikroskopikong kilos — paglipat ng mga dalawang microns,” binigyang-diin ni Stevens. “Ngunit ang mga maliit na pagkakaiba na ito ay lumilitaw sa mga pattern na nakikita ng hindi man lamang mata, sa mga distansyang libu-libong beses na mas malaki.”
Ang pagtuklas na ito ay may mga pangakong praktikal na aplikasyon sa mga larangan mula sa microbial engineering hanggang sa robotics. Sa synthetic biology at industrial microbiology, ang pag-unawa kung paano nagtutulungan ang mga komunidad ng bacteria sa pagsasarili ay maaaring magdala ng mas mabisang bioreactors at custom microbial consortia para sa fermentation, waste treatment, o produksyon ng biofuel. Sa klinika, maaari itong magbigay ng impormasyon para sa mga diskarte upang sirain ang mapaminsalang biofilms o gabayan ang pag-unlad ng mga targeted drug delivery system na nagmumukha ng kilos ng bacteria sa pamamagitan ng bodily fluids.
Sa labas ng biyolohiya, ang mga natuklasan ay nag-aalok ng modelo para sa swarm robotics, kung saan maaaring magdisenyo ang mga inhinyero ng autonomous agents — tulad ng mga drone o underwater vehicles — upang mag-organisa at mag-ayos sa mga kumplikadong kapaligiran nang walang sentralisadong kontrol, katulad ng mga bacteria sa pag-aaral.
“Ang mga resultang ito ay nagpapakita sa atin na may mga paraan ang kalikasan sa pag-organisa na ngayon pa lamang natin naiintindihan,” sabi ni Stevens. “At minsan, kailangan ng isang disyertong palaisdaan at isang mikroskopyo upang ipakita sa atin kung gaano kaganda ang pisika.