Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Lingkungan

Bakteri sosial membangun tempat berlindung menggunakan fisika sidik jari – ScienceDaily


Bakteri penghuni hutan yang dikenal membentuk kawanan berlendir yang memangsa mikroba lain juga dapat bekerja sama untuk membangun tempat berlindung seperti jamur yang dikenal sebagai tubuh buah ketika makanan langka. Sekarang sebuah tim di Universitas Princeton telah menemukan fisika di balik bagaimana bakteri berbentuk batang ini, yang menyelaraskan pola seperti pada lingkaran sidik jari dan layar kristal cair, membangun lapisan tubuh buah ini. Studi ini dipublikasikan di Fisika Alam.

“Dalam beberapa hal, bakteri ini mengajari kita jenis fisika baru,” kata Joshua Shaevitz, profesor fisika dan Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics. “Pertanyaan-pertanyaan ini ada di persimpangan antara fisika dan biologi. Dan Anda perlu memahami keduanya untuk memahami organisme ini.”

Myxococcus xanthus, atau disingkat Myxo, adalah spesies bakteri yang secara mengejutkan mampu berperilaku kooperatif. Misalnya, sejumlah besar sel Myxo berkumpul untuk berburu bakteri lain dengan mengerumuni mangsanya dalam satu massa bergelombang.

Namun, ketika makanan langka, sel-sel seperti batang menumpuk satu sama lain untuk membentuk pertumbuhan licin yang disebut tubuh buah, yang merupakan tempat persembunyian di mana beberapa sel Myxo berubah menjadi spora yang mampu me-reboot populasi ketika nutrisi segar tiba. Tetapi sampai sekarang, para ilmuwan belum memahami bagaimana batang memperoleh kemampuan untuk mulai memanjat di atas satu sama lain untuk membangun struktur seperti tetesan.

Untuk mengetahui lebih lanjut tentang bagaimana bakteri ini berperilaku, para peneliti memasang mikroskop yang mampu melacak tindakan Myxo dalam tiga dimensi. Para ilmuwan merekam video mikroba berbentuk batang, yang berkumpul bersama seperti rusa kutub yang sedang menginjak-injak, bergegas melintasi piring mikroskop dalam petak yang berputar-putar, membentuk pola seperti sidik jari.

Ketika dua petak bertemu, para peneliti mengamati, titik persimpangan tepat di tempat lapisan sel baru mulai terbentuk. Bakteri mulai menumpuk dan menciptakan situasi di mana satu-satunya tujuan adalah naik.

“Kami menemukan bahwa bakteri ini mengeksploitasi titik-titik tertentu dari penyelarasan sel di mana tekanan terbentuk yang memungkinkan koloni untuk membangun lapisan sel baru, satu di atas yang lain,” kata Ricard Alert, seorang peneliti postdoctoral di Princeton Center for Theoretical Science dan salah satu penulis pendamping studi. “Dan pada akhirnya cara koloni ini menanggapi kelaparan.”

Para peneliti menyebut titik-titik di mana sel-sel yang bermassa bertabrakan sebagai “cacat topologis”, sebuah istilah yang mengacu pada matematika yang menjelaskan titik-titik tunggal ini. Topologi adalah cabang matematika yang menemukan kesamaan antara benda-benda seperti cangkir teh dan donat, karena yang satu dapat direntangkan atau diubah bentuknya menjadi yang lain.

“Kami menyebut titik-titik ini topologis karena jika Anda ingin menyingkirkan salah satu dari cacat ini, Anda tidak dapat melakukannya dengan transformasi yang mulus – Anda tidak bisa begitu saja mengganggu penyelarasan sel untuk menyingkirkan titik di mana kesejajaran hilang. , “Kata Alert. “Topologi adalah tentang apa yang Anda bisa dan tidak bisa lakukan melalui transformasi halus dalam matematika.”

Sel bakteri myxo berperilaku seperti kristal cair, cairan yang ditemukan di layar smartphone, yang terbuat dari molekul berbentuk batang. Tidak seperti kristal cair pasif, batang Myxo hidup dan dapat merangkak. Bakteri kemungkinan besar telah berevolusi untuk memanfaatkan faktor pasif dan aktif untuk membangun tubuh buah, kata para peneliti.

Katherine Copenhagen, peneliti asosiasi di Lewis-Sigler Institute, dan salah satu penulis penelitian, mengambil video dari sel di bawah mikroskop dan menganalisis hasilnya. Dia mengatakan bahwa awalnya tim tidak yakin apa yang mereka lihat.

“Kami mencoba mempelajari pembentukan lapisan pada bakteri untuk mencari tahu bagaimana sel-sel ini membangun tetesan ini, dan kami baru saja mendapatkan mikroskop baru, jadi saya meletakkan sampel bakteri dari proyek lain yang tidak ada hubungannya dengan pembentukan lapisan di bawah mikroskop dan mencitrakannya selama beberapa jam, “kata Kopenhagen. “Kali berikutnya grup kami berkumpul, saya berkata ‘Saya punya video ini, jadi mari kita lihat.’ Dan kami terpesona dengan apa yang kami lihat. “

Kombinasi pelatihan fisika dan biologi di antara para peneliti memungkinkan mereka untuk mengenali wawasan teoretis baru tentang bagaimana lapisan vertikal terbentuk. “Ini mengatakan sesuatu tentang nilai budaya kolaboratif di Princeton,” kata Ned Wingreen, Profesor Sebelumnya di Ilmu Hayati Howard A., profesor biologi molekuler dan Institut Lewis-Sigler. “Kami mengobrol satu sama lain dan berbagi ide gila serta menunjukkan data yang menarik satu sama lain.”

“Sebuah momen yang saya ingat dengan sangat jelas,” kata Alert, “adalah menonton video ini di awal proyek ini dan mulai menyadari, tunggu, apakah lapisan terbentuk persis di tempat cacat topologis berada? Mungkinkah itu benar?” Untuk mengeksplorasi hasil, ia menindaklanjuti studi dengan mengkonfirmasikannya dengan perhitungan numerik dan analitik.

“Realisasi awal yang datang hanya dengan menonton film-film ini, itu momen yang keren,” ujarnya.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP