Блуждающие палочки: Жгутики жгут
В некотором смысле клетку обыкновенной кишечной палочки (Escherichia coli) можно рассматривать, как небольшую торпеду, которая продвигается вперед под действием винта — загнутого штопором жгутика (надо отметить, что не все штаммы E. coli имеют жгутик, и не у всех он один — но речь идет именно об этих штаммах). Быстро вращаясь, жгутик проталкивает бактерию вперед сквозь водную среду. Если отвлечься от нюансов, движение это почти прямолинейно: жгутик толкает клетку в противоположном оси своего вращения направлении. Но есть одно странное исключение.
Если та же бактерия, которая только что передвигалась в воде вполне прямо, окажется близко ко дну и будет передвигаться, подобно скату, над самой его поверхностью, прямолинейность куда-то исчезает. Будто что-то начинает подталкивать клетку вбок, и она всегда отклоняется вправо (если смотреть сверху). В чем же дело?
Чтобы понять причину происходящего, надо повнимательнее присмотреться к механизму работы самого жгутика. Вращаясь, спиральный жгутик не просто отталкивает воду назад, но и закручивает ее поток, так что он немного расходится в стороны от движущейся бактерии и ее жгутика. На «свободной» воде все происходит равномерно во все стороны, но если достаточно близко находится твердое тело, например, дно, то трение о его поверхность замедляет поток воды, разбегающийся в эту сторону (говоря точнее, поток воды вынужден выполнять условие отсутствия скольжения). Это приводит к нестабильности структуры самого жгутика, он начинает изгибаться в стороны. А поскольку он устроен так, что закручен (и вращается) всегда против часовой стрелки (если смотреть сзади), то и подталкивает клетку всегда вправо.
Такое объяснение забавному феномену было дано несколько лет назад, а уже недавно итальянские ученые во главе с Роберто Ди Леонардо (Roberto Di Leonardo) придумали, как можно наблюдать и обратный эффект. Они поместили клетку E. coli в каплю воды, «подвешенную» на нижней поверхности предметного стекла. Клетка, двигаясь на границе воды и воздуха, поворачивалась всегда в противоположном направлении, влево. Механизм тут почти такой же — только на границе с воздухом потоку воды, наоборот, течь легче, даже легче, чем среди воды.
Заметим, что такие исследования — не пустая забава. Детальное понимание работы двигательных механизмов бактерий позволят нам в будущем создавать аналогичные наноразмерные системы — такие же простые, элегантные и эффективные. О подобных попытках мы писали в заметке «Беспламенный мотор».
По публикации ScienceNOW