代尔夫特理工大学（TU Delft）的研究人员发现，大肠杆菌可以同步运动，在看似随机的生物系统中创造秩序。 通过将单个细菌困在微工程圆形空腔中，并通过狭窄的通道将这些空腔连接起来，研究小组观察到了细菌的协调运动。他们的研究成果最近发表在《小分子》上，有望应用于工程可控生物振荡器网络。

观众有节奏地鼓掌、萤火虫齐声闪光、椋鸟成群结队--同步是一种在不同系统和规模中观察到的自然现象。 克里斯蒂安-惠更斯（Christiaan Huygens）在 17 世纪首次对同步现象进行了描述，他的摆钟整齐划一的摆动是同步现象的著名例证。 现在，代尔夫特理工大学的研究人员证明，即使是大肠杆菌--只有几微米长的单细胞生物--也能显示出同样的现象。

机械工程学院副教授 Farbod Alijani 说："对我们团队来说，这是一个非凡的时刻。看到细菌'同步起舞'不仅展示了自然之美，也加深了我们对最小生物体自组织的微观起源的理解。"

阿利贾尼的团队与代尔夫特理工大学教授塞斯-德克尔（Cees Dekker）以及代尔夫特理工大学的衍生公司 SoundCell 一起，通过使用精确设计的微腔，从大肠杆菌群中捕获单个大肠杆菌细胞，实现了这一目标。 在这些圆形空腔内，细菌开始表现出类似摆钟的旋转运动。 研究人员用一个微小的通道连接其中的两个空腔，观察到一段时间后，两种细菌开始同步运动。

微小的舞者 科学家让细菌同步运动。 图片来源：代尔夫特理工大学

阿里贾尼解释说："这种同步发生的原因是耦合系统中细菌的运动引起的流体动力相互作用。 研究小组对这种耦合强度进行了量化，发现细菌的协调运动符合普遍的同步数学规则。"

这些发现前景广阔，为设计能够在细菌系统中诱导受控振荡和同步的微型工具铺平了道路。 这种工具可以帮助科学家研究细菌在密闭环境中的运动和协调，从而更好地了解微生物的活性物质。

研究小组目前正在探索更复杂的系统，将多个空腔耦合起来，形成同步细菌网络。阿里贾尼补充说："我们希望揭示这些网络的行为方式，以及我们能否设计出更复杂的动态运动。"

虽然这项研究主要是基础性的，但其潜在的应用范围非常广泛。这甚至可以为药物筛选提供一种新方法，例如，在使用抗生素前后测量细菌运动引起的流体流动变化和力量。

这项研究的灵感来自早先的工作，阿里贾尼的团队使用石墨烯鼓首次记录了单个细菌的声音。阿利贾尼说："我们很好奇能否更进一步，从我们观察到的混乱振荡中创造出秩序。 通过这项研究，他们已经从记录单个细菌的配乐转变成了编排它们的'探戈'。"

编译自/ScitechDaily