Περιστρεφόμενα βακτήρια που συνδέονται με τη φυσική των μεταπτώσεων φάσεων
Με την πρώτη ματιά, η ταινία δεν φαινόταν πολύ:ένα χαοτικό σμήνος από E. coli βακτήρια που περιστρέφονται έτσι κι από εκεί σε ένα τρυβλίο Petri, φαινομενικά τυχαία. Τέτοιες σκηνές είναι καθημερινές σε βακτηριολογικά εργαστήρια σε όλο τον κόσμο.
Αλλά ο Chong Chen, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής στο Κινεζικό Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ που έδειχνε την ταινία σε μια συνάντηση φυσικής το 2015, τόνισε μια αξιοσημείωτη παρατήρηση:Καθώς η αποικία γέμιζε περισσότερο, μεγάλες ομάδες βακτηρίων άρχισαν ξαφνικά να κινούνται ασυνήθιστα, με μια λεπτή αλλά συναρπαστικός τρόπος. Όταν υπολογίστηκε ο μέσος όρος των κινήσεων χιλιάδων βακτηρίων, εντόπισαν κανονικές ελλείψεις που ήταν πολλές φορές μεγαλύτερες από τα μεμονωμένα βακτήρια.
Ο Hugues Chaté, ένας θεωρητικός φυσικός στο CEA Saclay στη Γαλλία, πλησίασε τον Chen μετά τη συνεδρία και είπε ότι είχε τα θεωρητικά εργαλεία για να εξηγήσει τα περίεργα αποτελέσματα του Chen. Οι δυο τους συνεργάστηκαν, μαζί με τη σύμβουλο του Chen, Yilin Wu, και αυτόν τον Φεβρουάριο δημοσίευσαν μια εργασία στο Nature δείχνοντας πώς οι φαινομενικά ασυντόνιστες κινήσεις μεμονωμένων βακτηρίων μπορούν να προστεθούν σε συγχρονισμένες ταλαντώσεις σε μεγάλη κλίμακα - ένα φαινόμενο που δεν έχει αναφερθεί ποτέ στην επιστημονική βιβλιογραφία. Έκτοτε έχουν δείξει την επίδραση με άλλα είδη και υπό διαφορετικές συνθήκες. «Αυτό είναι κάτι πραγματικά ισχυρό και γενικό», είπε ο Chaté. "Είναι ένα εκπληκτικό, θεαματικό φαινόμενο."
Η μελέτη είναι μόνο ένας από τους τρόπους με τους οποίους οι ερευνητές εξερευνούν την περίεργη συλλογική συμπεριφορά των βακτηρίων. Οι βακτηριακές αποικίες έχουν παρακινηθεί να σχηματίσουν στροβίλους και ρέματα μεγάλης κλίμακας που φαίνεται να κινούνται σαν κοπάδια ζώων. Οι ερευνητές έχουν οργανώσει βακτήρια σε ρέοντες κρυστάλλους που μοιάζουν με τους υγρούς κρυστάλλους στις σύγχρονες οθόνες. Και η βακτηριακή κίνηση έχει χρησιμοποιηθεί ακόμη και για την τροφοδοσία μικροσκοπικών μηχανημάτων.
Οι επιστήμονες χτίζουν ένα εκκολαπτόμενο πεδίο που ονομάζεται «ενεργή ύλη», στο οποίο απλοί μαθηματικοί κανόνες που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μεμονωμένων μονάδων, η κάθε μία αξιοποιεί ενέργεια και κινείται μόνη της, μπορεί να οδηγήσει σε τάξη μεγάλης κλίμακας. Αυτή η προσέγγιση ήταν εξαιρετικά επιτυχημένη στο να εξηγήσει πώς τα μόρια του νερού κρυσταλλώνονται σε πάγο και πώς οι ατομικές περιστροφές ευθυγραμμίζονται για να σχηματίσουν μαγνήτες. Οι φυσικοί τώρα ωθούν αυτή την ιδέα στα όριά της στον τεράστιο, ποικιλόμορφο μικροβιακό κόσμο. Και πιστεύουν ότι έχουν αποδείξεις ότι η στατιστική φυσική θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξήγηση ορισμένων από τις πιο εντυπωσιακές —και άθλιες— συμπεριφορές των βακτηρίων.
Όταν πολλοί γίνονται ένα
Σχολεία ψαριών που περιστρέφονται σε εντυπωσιακές υποβρύχιες δίνες. Αρμάδες από ψαρόνια που κάνουν ζιγκ και ζακ στον αέρα, σαν να οδηγούνται από ένα αόρατο χέρι. Οι απαρχές τέτοιων μαζικών συντονισμένων κινήσεων αποτελούν ένα από τα πιο συναρπαστικά και διαρκή μυστήρια της βιολογίας. Ένας βιολόγος των αρχών του 20ου αιώνα, μπερδεμένος από την ικανότητα των πτηνών να αλλάζουν ξαφνικά κατεύθυνση, σκέφτηκε ότι τα πουλιά μπορεί να μοιράζονται κάποιο είδος «ομαδικής ψυχής».
Για τους φυσικούς, μια τέτοια συλλογική συμπεριφορά δεν προκαλεί ψυχές αλλά μεταπτώσεις φάσεων, οι οποίες συμβαίνουν όταν δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια σωματίδια ταξινομούνται ταυτόχρονα όταν μια παράμετρος όγκου όπως η θερμοκρασία ή η πίεση αυξάνεται ή μειώνεται πέρα από μια ορισμένη τιμή. Οι φυσικοί έχουν από καιρό γοητευθεί από τις μεταβάσεις φάσεων, επειδή σε όλες τις διαφορετικές ιδιαιτερότητές τους μοιράζονται μια καθολική και εξαιρετικά ανεπτυγμένη μαθηματική γλώσσα.
Αν και η έννοια των μεταπτώσεων φάσης εμφανίστηκε στον «παθητικό» κόσμο που μελετούν παραδοσιακά οι φυσικοί - μεταξύ μαγνητών και νερού, για παράδειγμα - το φαινόμενο μπορεί επίσης να συμβεί σε ζωντανή «ενεργή» ύλη όπως πτηνά ή βακτήρια ή καρκινικά κύτταρα. Η διαφορά είναι ότι τα ζώα και τα κύτταρα αξιοποιούν και χρησιμοποιούν ενέργεια ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Εξαιτίας αυτού, δεν βρίσκονται απαραίτητα σε θερμική ισορροπία. Αυτό καθιστά αυτό το είδος της μετάβασης φάσης πιο δύσκολο να αναλυθεί, αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, είπε ο Tamás Vicsek, βιοφυσικός στο Πανεπιστήμιο Eötvös Loránd στη Βουδαπέστη. «Στην επιφάνεια της Γης, σχεδόν τα πάντα δεν είναι ισορροπημένα», είπε ο Βίτσεκ. "Δεν μπορείτε να τα λύσετε χωρίς υπολογιστές."
Ο Βίτσεκ ξεκίνησε σχεδόν μόνος του το πεδίο της ενεργού ύλης το 1995, όταν ηγήθηκε μιας ομάδας που μοντελοποίησε ένα σύννεφο κινούμενων σωματιδίων που είχαν την τάση να ευθυγραμμίζονται με τους κοντινούς γείτονες. Συντονίζοντας δύο μόνο παραμέτρους - την πυκνότητα και τον τυχαίο θόρυβο (έναν τρόπο αναπαράστασης της θερμοκρασίας) - οδήγησε τη συλλογή να αναποδογυρίσει από μια άτακτη κατάσταση, όπου τα σωματίδια πετούσαν από εδώ και από εκεί, σε μια διατεταγμένη όπου τα σωματίδια ευθυγραμμίζονται και «συσσωρεύονται» στο ίδια κατεύθυνση. Με άλλα λόγια, προκάλεσε μια μετάβαση φάσης. Αυτό που έγινε γνωστό ως το μοντέλο «συρρέματος» του Βίτσεκ, αν και ποτέ δεν χρησιμοποίησε αυτόν τον όρο στη θεμελιώδη εργασία του, πυροδότησε μια έκρηξη πιο εξελιγμένων θεωριών για να εξηγήσει την τάξη σε συστήματα εκτός ισορροπίας.
Ωστόσο, η δοκιμή τέτοιων θεωριών είναι δύσκολη, επειδή χρειάζεστε μια μεγάλη ομάδα πανομοιότυπων αυτοκινούμενων μονάδων για χειρισμό και παρατήρηση. Τα ψάρια και τα πουλιά κάνουν ενοχλητικά πειραματικά θέματα, γιατί κυριολεκτικά έχουν το δικό τους μυαλό. Κυτταρικά συστατικά όπως τα νήματα που δίνουν τη δομή των κυττάρων εμφανίζουν επίσης συλλογική συμπεριφορά, αλλά είναι δύσκολο να απομονωθούν και να καθαριστούν, ενώ τα συνθετικά σωματίδια με τις σωστές ιδιότητες είναι δύσκολο να παραχθούν. Τα ζωντανά βακτήρια κάνουν έναν καλό συμβιβασμό, είπε ο Julien Tailleur, φυσικός στο Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας και στο Πανεπιστήμιο Paris Diderot στη Γαλλία:Παίρνουν ενέργεια καταναλώνοντας τροφή και κινούνται μόνα τους χρησιμοποιώντας μαστίγια ή άλλα μέσα, χαρακτηριστικά που δίνουν είναι τα βασικά χαρακτηριστικά της ενεργού ύλης. Ταυτόχρονα, είναι αρκετά εύκολο να πειραματιστούν και διατίθενται ουσιαστικά «δωρεάν» από τα φυσικά περιβάλλοντα όπου αναπτύσσονται:ωκεανούς, έδαφος, ανθρώπινο σώμα.
Ως πλεονέκτημα, πολλά βακτήρια μοιάζουν με τα συρρέοντα βέλη του Βίτσεκ, τουλάχιστον επιφανειακά:Συχνά έχουν σχήμα ράβδου και έχουν «κεφάλια» και «ουρές». Στην πραγματικότητα, ο ίδιος ο Βίτσεκ υποκινήθηκε από τη συλλογική κίνηση των βακτηρίων, αν και το όνομά του συνδέεται τώρα περισσότερο με τα πουλιά, ίσως επειδή τα βέλη σε μια φιγούρα από το έγγραφο του 1995 μοιάζουν περισσότερο με πουλιά παρά με βακτήρια.
Στα χρόνια που ακολούθησαν τη δημοσίευση της εργασίας του Vicsek, τα πειράματα επιβεβαίωσαν ότι το μοντέλο του μπορεί να περιγράψει τη βακτηριακή συμπεριφορά σε απλές τεχνητές ρυθμίσεις, αλλά έδειξαν επίσης ότι το μοντέλο ήταν πολύ απλό για να ανταποκριθεί στην πλήρη πολυπλοκότητα των βακτηρίων στη φύση. Ο ίδιος ο Βίτσεκ, μαζί με συνεργάτες στο Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ, έκαναν το πρώτο βήμα, τοποθετώντας βακτήρια σε δισδιάστατα φιλμ πάνω από ένα παχύ στρώμα άγαρ και δείχνοντας σε ένα χαρτί του 1996 ότι οι στροβιλισμοί και οι αποικίες που σχημάτισαν θα μπορούσαν να εξηγηθούν από το μοντέλο του συν " μερικές φυσικές επεκτάσεις» για να ληφθούν υπόψη παράγοντες όπως η βακτηριακή χημεία και το γεγονός ότι τα βακτήρια αναπαράγονται.
Στη συνέχεια, το 2004, ο Raymond Goldstein, ένας φυσικός τότε στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, και οι συνεργάτες του τοποθέτησαν βακτήρια σε τρισδιάστατα σταγονίδια και παρατήρησαν πίδακες και στροβίλους που εμφανίστηκαν και εξαφανίστηκαν. Το φαινόμενο θα μπορούσε να εξηγηθεί μόνο με την προσθήκη δυναμικής ρευστών στο μοντέλο του Βίτσεκ, το οποίο είχε γίνει νωρίτερα από τον Σριράμ Ραμασουάμι, έναν θεωρητικό φυσικό στο Ινδικό Ινστιτούτο Επιστημών στη Μπανγκαλόρ. "Ξαφνικά συνειδητοποιήσαμε, θεέ μου, ότι έχουμε ένα σύστημα που φαίνεται να κάνει αυτό που η θεωρία έλεγε ότι έπρεπε να συμβεί", είπε ο Goldstein.
Το 2010 μια ομάδα με επικεφαλής τον Hepeng Zhang, έναν φυσικό τότε στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, στο Ώστιν, έκανε ένα άλλο βήμα, χρησιμοποιώντας μικροσκόπια και λογισμικό ανάλυσης εικόνας για να ποσοτικοποιήσει τις κινήσεις μεμονωμένων βακτηρίων - όχι μόνο ομάδων - σε μια ταινία. Αυτή η μελέτη επιβεβαίωσε ότι παρά τη φυσική και χημική πολυπλοκότητα των βακτηρίων, τα μοτίβα μεγάλης κλίμακας στην κίνησή τους μπορούν να εξηγηθούν από απλά μοντέλα που μοιάζουν με Vicesek.
Από τότε, ο Goldstein, ο Zhang και άλλοι έχουν γίνει ολοένα και πιο επιδέξιοι στο να παρακινούν τα βακτήρια σε παράξενες και θαυμαστές πράξεις. Ο Goldstein, τώρα στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, έδειξε σε μια σειρά εργασιών που ξεκίνησε το 2013 ότι ο περιορισμός των βακτηρίων στα κανάλια μπορεί να τα παρακινήσει να επιλέξουν μια μόνο κατεύθυνση για να ρέουν μέσα. Πηγαίνοντας αυτή την ιδέα ένα βήμα παραπέρα, ο Roberto Di Leonardo στο Πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης έχει χρησιμοποιήσει ρέοντα βακτήρια για τη μεταφορά μικρού φορτίου. άλλοι τους ώθησαν να στρίψουν μικροσκοπικά γρανάζια. Σε ορισμένους, τέτοια πειράματα υποδηλώνουν τη δυνατότητα για μικρομηχανικές συσκευές που τροφοδοτούνται από βακτήρια.
Ο Zhang, τώρα στο Πανεπιστήμιο Shanghai Jiao Tong στην Κίνα, έχει χειραγωγήσει τα βακτήρια για να σχηματίσουν κάτι σαν υγρό κρύσταλλο - έναν τύπο υλικού του οποίου οι επιμέρους μονάδες διατάσσονται ως απόκριση σε εξωτερικές επιρροές όπως ηλεκτρικά πεδία. Αυτό το έκανε εκθέτοντας μια πυκνή ομάδα βακτηριδίων σε σχήμα ράβδου που ονομάζονται Serratia σε ένα αντιβιοτικό που εμποδίζει τη διαίρεση των κυττάρων, προκαλώντας έτσι την ανάπτυξη τους πολύ περισσότερο από το κανονικό (αν και αργότερα ανακάλυψε διαφορετικά βακτήρια που είναι φυσικά επιμήκη). Τελικά η αποικία γέμισε τόσο πολύ που τα βακτήρια ευθυγραμμίστηκαν και άρχισαν να ρέουν. Σε ορισμένα σημεία του πεδίου ροής, η ευθυγράμμιση των κελιών χάλασε — για παράδειγμα, μια ομάδα κελιών μπορεί να είναι κάθετη σε μια γειτονική ομάδα. Σε τέτοια «τοπολογικά ελαττώματα», διαπίστωσε ο Zhang, τα βακτήρια σπρώχνουν και τραβούν το περιβάλλον υγρό. Αυτή η κίνηση υπαγορεύει στη συνέχεια πώς ολόκληρη η μάζα των βακτηρίων κινείται και ευθυγραμμίζεται. Οι θεωρητικοί, συμπεριλαμβανομένου του Ramaswamy, είχαν προβλέψει ότι τέτοια ευθυγράμμιση και ελαττώματα θα εμφανίζονταν σε συστήματα ενεργού ύλης υπό ορισμένες συνθήκες, και είχαν παρατηρηθεί σε κρυστάλλους κατασκευασμένους από κυτταρικά συστατικά σε σχήμα ράβδου που ονομάζονται μικροσωληνίσκοι. Αλλά κανείς δεν το είχε δει οριστικά σε ζωντανά βακτήρια.
Οι επιπτώσεις μπορεί να είναι σημαντικές. Οι συνηθισμένοι (παθητικοί) υγροί κρύσταλλοι έχουν καταλύσει μια βιομηχανία οθονών πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων και ορισμένοι φυσικοί της ενεργούς ύλης ελπίζουν ότι οι ζωντανοί υγροί κρύσταλλοι θα μπορούσαν επίσης να οδηγήσουν σε νέες τεχνολογίες. Ωστόσο, ο Zhang δεν είναι έτοιμος να αποκαλέσει τη δημιουργία του υγρό κρύσταλλο και διστάζει να προτείνει μια εφαρμογή. «Είμαι απλώς ένας φυσικός», είπε. Και οι ερευνητές γνωρίζουν ότι τα βακτήρια θα μπορούσαν να παρουσιάσουν προκλήσεις για τεχνολογικές εφαρμογές:Πρέπει να διατηρούνται ζωντανά και σε αντίθεση με τα συμβατικά υλικά, αναπαράγονται αυθόρμητα. Ο Igor Aronson, ένας φυσικός στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια που προσθέτει βακτήρια σε συνηθισμένους υγρούς κρυστάλλους για να δημιουργήσει υβριδικά ενεργητικά-παθητικά υλικά, προτείνει ένα άλλο είδος εφαρμογής:Οι βακτηριδιακοί υγροί κρύσταλλοι θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην προσομοίωση του τρόπου με τον οποίο τα βακτήρια αλληλεπιδρούν με βιολογικά υλικά όπως η βλέννα, η οποία έχει παρόμοιες ιδιότητες σε αυτά των υγρών κρυστάλλων.
Γιατί τα βακτήρια συνεργάζονται
Οι μυριάδες πειραματικές πρόοδοι έχουν αφήσει αναπάντητο αυτό που είναι ίσως το μεγαλύτερο ερώτημα:Γιατί υπάρχουν καθόλου συλλογικές συμπεριφορές; Βοηθούν τα βακτήρια να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν ή είναι απλώς υποπροϊόντα της βασικής βιολογίας των βακτηρίων, μάλλον όπως ο μαγνητισμός, που θα μπορούσε να θεωρηθεί υποπροϊόν της κβαντικής μηχανικής;
Είναι δελεαστικό, φυσικά, να φανταστούμε ότι τα βακτηριακά μοτίβα αντιπροσωπεύουν το έργο της εξέλιξης. «Δεδομένου ότι οι νόμοι της φυσικής σάς επιτρέπουν ουσιαστικά να λαμβάνετε μοτίβα δωρεάν, είναι ελκυστικό να πιστεύετε ότι η βιολογία θα μπορούσε να το εκμεταλλευτεί αυτό», είπε ο Joshua Shaevitz, βιοφυσικός στο Πανεπιστήμιο Πρίνστον που μελετά τα μυξοβακτήρια. "Φαίνεται ότι σε ορισμένες περιπτώσεις ή ίσως και σε πολλές περιπτώσεις, τουλάχιστον εν μέρει το εκμεταλλεύονται."
Από την αρχή, οι υποστηρικτές της ενεργούς ύλης ακολούθησαν αυτή τη γραμμή σκέψης. Ο Βίτσεκ και οι συν-συγγραφείς του πρότειναν στην εργασία τους του 1996 ότι οι στροβιλισμοί τους θα μπορούσαν να βοηθήσουν τα βακτήρια να συγκεντρώνουν θρεπτικά συστατικά. Η ομάδα του Goldstein, εν τω μεταξύ, πρότεινε ότι οι δίνες τους θα μπορούσαν να είναι οι απαρχές των κολλωδών βακτηριακών μητρών που ονομάζονται βιοφίλμ. Στα βιοφίλμ, μεγάλες ομάδες βακτηρίων μπορούν να μεταβούν από άτομα που κολυμπούν ελεύθερα σε μια πολύ λιγότερο κινητική συλλογική κατάσταση. Η αναλογία με μια μετάβαση φάσης είναι σχεδόν ακαταμάχητη.
Τα βιοφίλμ είναι ένα καυτό θέμα στη βιοϊατρική έρευνα. Αντιστέκονται στα αντιβιοτικά πολύ περισσότερο από τα κύτταρα που κολυμπούν ελεύθερα και μπορούν να προκαλέσουν λοιμώξεις που είναι από τις πιο δύσκολες στη θεραπεία. Η εξήγηση του σχηματισμού βιοφίλμ - και η εύρεση τρόπων για την πρόληψη ή τη διατάραξή του - είναι ένα όνειρο ερευνητών βακτηρίων όλων των λωρίδων, και έχει γίνει σχεδόν απίθανο να προτείνουν συνδέσεις μεταξύ πειραμάτων ενεργής ύλης και βιοφίλμ. Στην πρόσφατη Φύση τους χαρτί, για παράδειγμα, ο Chaté και οι συν-συγγραφείς του έγραψαν ότι η ταλαντευόμενη E. coli μερικές φορές εναπόθεταν κάτι που φαινόταν ότι ήταν πρόδρομοι βιοφίλμ σε μοτίβα περίπου ίδιου μεγέθους με τις μυστηριώδεις ταλαντώσεις που παρατήρησαν. "Η βαθιά βιολογική σημασία που δεν γνωρίζουμε, αλλά είμαστε σχεδόν βέβαιοι ότι οτιδήποτε συμβαίνει σε αυτές τις ταλαντώσεις έχει κάποια σχέση με το πώς αναπτύσσεται η κατάσταση του βιοφίλμ", είπε.
Άλλοι είναι λιγότερο πεπεισμένοι ότι οι έννοιες της ενεργού ύλης εξηγούν τη συμπεριφορά στην οποία οι οργανισμοί στη φύση εμπλέκονται πραγματικά. Και τα βακτήρια έχουν εξελίξει πολλούς τρόπους για να σχηματίσουν βιοφίλμ, μερικά από τα οποία δεν έχουν καμία σχέση με την κίνηση, σημειώνει ο Τζινγκ Γιαν, βιοφυσικός στο Πρίνστον. Σε πειράματα με Vibrio cholerae , τα βακτήρια που είναι υπεύθυνα για τη χολέρα, ο Yan και οι συνεργάτες του έχουν δείξει ότι τα βιοφίλμ σχηματίζονται όταν τα διαιρούμενα κύτταρα δημιουργούνται σε υψηλές πυκνότητες, όχι ως αποτέλεσμα μιας μετάβασης φάσης από μια κινητή κατάσταση. Και ορισμένα βακτήρια είναι σφαιρικά, δεν έχουν σχήμα ράβδου, επομένως τα μοντέλα που εξαρτώνται από την ευθυγράμμιση δεν ισχύουν. «Στη βιολογία, κάθε είδος είναι διαφορετικό», είπε ο Γιαν. "Δεν προσπαθούμε να έχουμε κάποιο γενικό μοντέλο για τα πάντα."
Η στατιστική φυσική μπορεί να παρέχει μέρος της εξήγησης για το σχηματισμό βιοφίλμ, προσθέτει η Βερνίτα Γκόρντον, βιοφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, στο Ώστιν, αλλά δεν μπορεί να περιγράψει πλήρως τα βακτήρια, με τα χιλιάδες γονίδια και τις πρωτεΐνες τους και τις επιφάνειές τους να είναι γεμάτες με υποδοχείς για διαφορετικά μόρια. «Το να σκεφτόμαστε αποκλειστικά τις ιδιότητες της ενεργού ύλης αυτών των βακτηρίων, νομίζω ότι αφήνουμε έξω πάρα πολλά από τη βιολογία», είπε.
Οι ερευνητές της ενεργής ύλης έχουν αποκαλύψει μερικά εντυπωσιακά φαινόμενα, είπε ο Gürol Süel, μοριακός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο, αλλά «εναπόκειται στους φυσικούς να δείξουν ότι υπάρχει κάτι εδώ στο οποίο οι βιολόγοι πρέπει να δώσουν περισσότερη προσοχή». Αυτό σημαίνει ότι οι φυσικοί πρέπει να δείξουν πώς μια συγκεκριμένη συμπεριφορά βοηθά τα βακτήρια να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν, όπως έκανε πρόσφατα ο Süel για τα ηλεκτρικά σήματα που βρήκε να διαδίδονται μεταξύ βακτηρίων σε ένα βιοφίλμ. "Όποτε βλέπουμε ένα μοτίβο, μας ιντριγκάρουν τα μοτίβα και αμέσως αποδίδουμε κάποιο νόημα ... αλλά αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι είναι κάτι λειτουργικό", είπε.
Αλλά ο Chaté πιστεύει ότι η προσέγγιση της ενεργητικής ύλης έχει τη δυνατότητα να παίξει μεγαλύτερο ρόλο στην εξήγηση της βιολογίας. Πρώτον, παρέχει έναν τρόπο για την αποτελεσματική καταγραφή των αλληλεπιδράσεων εκατομμυρίων κυψελών, των οποίων οι λεπτομέρειες είναι πολύ πολύπλοκες για να προσομοιωθούν σε έναν υπολογιστή. «Θα έρθει», είπε. "Δεν μπορείτε να το αγνοήσετε."
Ακόμα κι αν το πεδίο δεν είναι ακόμα ελκυστικό για τους βιολόγους, οι φυσικοί πιθανότατα θα συνεχίσουν να συρρέουν σε αυτό. Ο αριθμός των εργασιών ενεργής ύλης σε περιοδικά και σε συνέδρια φυσικής έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια, καθώς οι φυσικοί έχουν αγκαλιάσει όλο και περισσότερο τον ζωντανό κόσμο. Ο Chaté, ο Tailleur και οι συνάδελφοί τους βλέπουν τους εαυτούς τους, κατά κάποιο τρόπο, σαν τους πρώτους φυσιοδίφες — ανακαλύπτοντας έναν θαυμαστό και σχεδόν συντριπτικά ποικίλο νέο κόσμο βακτηριακής συμπεριφοράς. Ακριβώς όπως χρειάστηκε ένας αιώνας για να φτάσει από τις αποστολές καταλογογράφησης ειδών του Δαρβίνου και του Γουάλας σε μια μοριακή θεωρία της γενετικής ποικιλότητας, επιμένουν ότι είναι πολύ νωρίς για να πούμε πού θα οδηγήσει αυτό το νέο ταξίδι. Αλλά είναι βέβαιοι ότι θα αποφέρει καρπούς.
«Αυτή τη στιγμή εξερευνούμε», είπε ο Tailleur. "Στο δεύτερο στάδιο, όταν γνωρίζουμε ποιες αναδυόμενες ιδιότητες είναι διαθέσιμες, ελπίζουμε ότι μπορούμε να τις βάλουμε σε λειτουργία για τη βιολογία."
