Bakterie v kole

Hejna ptáků mění směr letu jako na povel. Stejné triky zvládají i hejna ryb. Na první pohled vypadají zvířecí "vojenské přehlídky" jako samoúčelná exhibice. Ve skutečnosti jsou pro zvířata tvrdou zkouškou jejich schopností. Kdo se neudrží v zákrytu, je rázem nápadný a přiláká k sobě pozornost dravce. Nemehlo, které se motá uprostřed jednotného davu, na sebe prozrazuje, že bude snadnou kořistí. V ptačích hejnech prchajících před dravým ptákem proto dávají k náhlým změnám směru letu impuls nejzdatnější letci. My lidé skládáme zkoušku z pohybové koordinace nejen při vojenských marších, ale například i při společenském tanci. Velké překvapení čekalo vědce při pohledu do kapky vody osídlené početným společenstvem bakterií. Ani mikrobi se nepohybují kapalinou chaoticky, ale plavou v proudech nebo vírech. Jak to dělají?

Příroda nevybavila bakterie ani očima ani mozkem. Přesto jim dopřála bohaté možnosti komunikace prostřednictvím chemických látek. Bakterie se navzájem "cítí" a reagují na to, v jaké mikrobiální společnosti se ocitly. Vedou dokonce "informační válku", když si navzájem svá chemická poselství čtou a ničí. Díky tomu se bakterie chovají jinak v malých společenstvech a jinak ve velkých "bakteriálních davech". Také "synchronizované plavání" se objevuje až ve chvíli, kdy počet mikrobů v kapce přesáhne určitou kritickou mez. Je i to výsledek chemické konverzace?

Záhadě bakteriálních proudů a vírů nepřišli kupodivu na kloub biologové ale fyzici vedení Mikem Grahamem z University of Wisconsin v americkém Madisonu. Výsledky jejich bádání přinesl fyzikální vědecký časopis Physical Review Letters. Mike Graham a jeho spolupracovníci zjistili, že se bakterie nemusí na koordinovaném pohybu složitě domlouvat. Jejich pohyb přejde od chaosu k řádu jen tím, že koncentrace bakterií v kapalině překročí jistý práh.

Každá plovoucí bakterie kolem sebe šíří mikroskopické vlny. Zároveň je sama vystavena vlnobití, jež vzedmou okolní bakterie. Vlnění vyvolané dostatečně početnou skupinou bakterií zcela spontánně brání chaotickému kolotání bakterií a vede je k překvapivě uspořádanému kroužení. Desítky a stovky bakterií plavou ve vírech nebo v proudech a jedinou koordinaci jim zajišťují fyzikální vlastnosti kapaliny.

Výsledky madisonského týmu nepřivítali s nadšením jen mikrobiologové. S velkým zájmem je studují i konstruktéři mikroskopických zařízení, která se začínají využívat k chemickým a biochemickým analýzám jako tzv. laboratoře v čipu. Tyto laboratoře se pohodlně vejdou do dlaně a najdou uplatnění například při průběžné kontrole chodu nejrůznějších zařízení. Při jejich konstrukci představuje jeden z největších problémů dokonalé promísení reakčních látek v mikroskopických prostorách čipu. Mike Graham je přesvědčen, že tam, kde selžou konvenční metody míchání, by mohly pomoci buď živé bakterie nebo plovoucí mikroskopická zařízení. Dostatečně početné osádky mikrobů či "mikroponorek" by rozvířily reakční směsi a dokonale je tím homogenizovaly.