Svømmebakterier arbejder sammen for at følge strømmen

Svømmebakterier kan reducere viskositeten af ​​almindelige væsker som vand og få dem til at flyde lettere, nogle gange ned til det punkt, hvor viskositeten bliver nul:strømmen er derefter friktionsfri.

Nu rapporterer forskere fra University of Bristol, at bakteriesuspensioner kan have negativ viskositet, en ejendom strengt forbudt ved fysikkloven for almindelige væsker, men som bliver tilladt når levende organismer er til stede.

Viskositet er en væskes modstand mod strømning. For eksempel, olie flyder ikke så hurtigt som vand, når det hældes ud, fordi dets viskositet er større. Denne modstand mod bevægelse skyldes på mikroskopisk niveau af friktionen mellem væskemolekylerne.

Indtil for nylig, nulviskositet (også omtalt som superfluiditet) var kun set i kvantesystemer ved meget lave temperaturer tæt på absolut nul. Men for et par år siden, nul viskositet blev målt i suspensioner af bakterier.

Dette er muligt, fordi bakterier ikke ligner vandmolekyler, de er i live eller 'aktive'. Ved at svømme sammen, de kan generere kræfter i væsken, der er store nok til at modvirke friktion, sådan, at bakteriesuspensionen opfører sig som et superfluid.

"Selvom dette fænomen er blevet observeret eksperimentelt, der mangler en detaljeret teori om, hvordan det fungerer, "siger Dr. Aurore Loisy, Research Associate in Applied Mathematics &Theoretical Physics ved University of Bristol.

"Desuden, et grundlæggende spørgsmål var stadig åbent:kan dette fænomen skubbes endnu mere, så den tilsyneladende viskositet bliver negativ, hvilket betyder, at den klippede bakterievæske faktisk kunne udføre arbejde i stedet for at kræve, at der udføres arbejde på det for at blive ved med at flyde, noget, der er umuligt i passive eller 'konventionelle' væsker? "

I deres søgen efter at pakke ud begrebet negativ viskositet, Dr. Loisy og andre forskere Tannie Liverpool, Professor i teoretisk fysik, og Jens Eggers, Professor i anvendt matematik, studeret, hvordan selvorganisering og kollektiv bevægelse af mikroorganismer suspenderet i en væske ændrer dens hydrodynamiske egenskaber.

De viste, at det er teoretisk muligt at få en suspension af bakterier til at opføre sig som en negativ viskositetsvæske, og at denne adfærd kan udløses og kontrolleres ved at lege med beholderens størrelse.

"Dette viser os, at mikroskopisk bakteriel aktivitet kan omdannes til makroskopisk nyttig mekanisk kraft. Med andre ord, det er muligt at få bakterier til at arbejde sammen og bruge det til at drive større enheder, "tilføjer Dr. Loisy.

”Det er vigtigt at bemærke, at vi ikke har noget for ingenting, som i vi ikke har brudt lovene i termodynamik. Bakterierne omdanner de næringsstoffer, de har indtaget, til mekanisk arbejde ved at svømme, og 'mad til bakterierne' ville være brændstoffet (energikilden) i den formodede maskine.

"Det næste trin er at observere dette fænomen eksperimentelt, for eksempel ved at dreje et rheometer til en bakteriedrevet roterende motor. "