Bakterien sind kollektiv findig

Was ihnen an Einsicht fehlt, können Bakterien zumindest teilweise durch schiere Masse wettmachen. Das haben amerikanische Physiker bei Versuchen mit dem Darmbakterium Escherichia coli beobachtet. Sobald die Zelldichte einen gewissen Wert überschritt, fanden die Bakterien rasch den Weg durch einen mikroskopischen Hindernisparcours.

EM-Aufnahme: Elizabeth H. White/Peggy S. Hayes/CDC

Eine ähnliche dichteabhängige Selbstorganisation könne man beispielsweise bei Vogelschwärmen beobachten, erläutern die Forscher um Robert Austin von der Princeton University. “Unsere Resultate zeigen, dass Populationen von Mikroorganismen ebenfalls ein komplexes Verhalten zeigen können [...], indem sie mit ihrer Umwelt wechselwirken”, schreibt die Gruppe im Fachblatt “Physical Review Letters”.

Austin und Kollegen studierten das Verhalten von Kolibakterien in einem 0,1 Millimeter schmalen und gut 12 Millimeter langen Mikrokanal. Dieser war mit einer Nährlösung gefüllt und durch trichterförmige Zwischenwände in zahlreiche Kammern unterteilt. Mithilfe ihrer Geißeln konnten die Bakterien durch die schmalen Trichteröffnungen von Kammer zu Kammer schwimmen.

Gaben die Forscher etwa 40 Kolibakterien in die erste Kammer, schaffte nur gelegentlich ein Bakterium den Sprung in die nächste Kammer. Ab einer Zahl von rund 200 Zellen in der ersten Kammer bildeten sich jedoch regelrechte Bakterienwellen, die von Kammer zu Kammer schwappten. Diese Wellen überwanden sogar vier als Fallen ausgelegte Kammern, in denen beide Trichterwände in die Kammer hineinragten. Die Bakterien konnten hier also nicht einfach in den nächsten Trichter schwimmen, sondern mussten dessen schmale Öffnung finden.

Die bemerkenswerte Findigkeit der Bakterienmassen erklären Austin und Kollegen mit einem sehr einfachen Prinzip: Hunger. Indem die Kolibakterien die Aminosäuren in der Nährlösung aufzehren, bildet sich demnach in den einzelnen Kammern ein entsprechendes Konzentrationsgefälle. Und erst, wenn eine Mindestzahl hungriger Bakterien vorhanden ist, wird dieses Gefälle steil genug, um die mikrobiellen Schwimmer durch die Trichteröffnungen in die nächste Kammer zu lotsen.

Forschung: Guillaume Lambert, David Liao und Robert H. Austin, Department of Physics, Princeton University, Princeton, New Jersey

Veröffentlichung Physical Review Letters, Vol. 104(16), 168102, DOI 10.1103/PhysRevLett.104.168102

WWW:
Austin Research Group, Princeton University
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