على شكل بصمات الأصابع.. هكذا تتعاون مجتمعات البكتيريا للتغلب على المجاعات

يمكن للبكتيريا ساكنة الغابات والتي تتجمع في مجموعات لزجة وتتغذى على غيرها من الميكروبات أن تتعاون فيما بينها أيضا لبناء مساكن للمعيشة تشبه الفطر وتعرف باسم "أجسام الإثمار" (Fruiting bodies)، وذلك عندما تصبح الموارد الغذائية حولها شحيحة.

تعاون مدهش

لدى بعض أنواع البكتيريا مثل "المكورة المخاطية الصفراء" (Myxococcus xanthus) سلوك تعاوني مدهش، فعلى سبيل المثال تتجمع أعداد كبيرة من هذه البكتيريا وتنقض مندفعة بشكل متموج نحو فريستها، في محاولة منها لاصطياد أنواع أخرى من البكتيريا.

وعندما تشح الموارد الغذائية تتكدس العديد من البكتيريا العصوية فوق بعضها بعضا لتكوين هياكل مرنة من أجسام الإثمار، ثم تختبئ البكتيريا المكورة المخاطية الصفراء في هذه التركيبات وتتحول إلى "أبواغ" (Spores) قادرة على إعادة ازدهار مستعمرات البكتيريا مرة أخرى بمجرد توافر الغذاء مجددا.

ويبلغ ارتفاع هذه الهياكل المرنة حوالي عُشر مليمتر، أي أطول بمقدار عشرات إلى مئات المرات من ارتفاع خلية بكتيرية واحدة.

وتعتبر هذه الهياكل بمثابة ناطحات سحاب بكتيرية، إلا أننا لا نعرف الكيفية التي تتسلق بها البكتيريا العصوية بعضها بعضا لتكوين تلك البنايات الهيكلية.

آلية تكوّن الهياكل المرنة

وفي دراسة حديثة نشرتها دورية "نيتشر فيزكس" (Nature Physics) في 23 نوفمبر/تشرين الثاني الجاري اكتشف باحثون من جامعة برينستون (Princeton University) في الولايات المتحدة الكيفية الفيزيائية والرياضية التي تتجمع بها هذه البكتيريا العصوية متخذة أنماطا شبيهة ببصمات الأصابع والتي تؤدي في النهاية إلى تكوين أجسام الإثمار تلك.

وحسب البيان الصحفي الذي نشرته الجامعة تعقيبا على الدراسة، يقول جوشوا شافيتز أستاذ الفيزياء في معهد لويس سيغلر (Lewis-Sigler Institute) وقائد الدراسة "تعلمنا البكتيريا دروسا جديدة في الفيزياء، إننا بحاجة إلى فهم هذه الكائنات من الناحيتين الفيزيائية والبيولوجية على حد سواء".

ولدراسة هذه الآلية قام العلماء بضبط مجهر التصوير بشكل يمكنهم من تتبع حركات البكتيريا المكورة الصفراء في الأبعاد المكانية الثلاثة، ولاحظوا أن هذه البكتيريا تصطف بشكل وثيق الصلة مع بعضها البعض في مجموعات تدور حول بعضها مكونة أنماطا تشبه بصمات الأصابع.

كما وجد العلماء أن نقاط الالتقاء التي تجمع بين كل مجموعتين من هذه البكتيريا عملت بمثابة نقاط جديدة تبدأ عندها طبقة جديدة من الخلايا في التكون، ثم تتكدس الخلايا في تلك المنطقة حتى لا يصبح أمامها سوى اتجاه وحيد عليها أن تسلكه وهو الصعود لأعلى.

تشوهات طوبولوجية مفيدة

وبشأن هذه الآلية، يقول ريكارد ألرت من مركز برينستون للعلوم النظرية (Princeton Center for Theoretical Science) المشارك في الدراسة إن "مستعمرات البكتيريا تلجأ إلى استغلال نقاط الالتقاء تلك في حالات المجاعة الشديدة، وذلك لبناء طبقات من الخلايا واحدة فوق الأخرى".

ويطلق العلماء على النقاط التي تلتقي عندها تكدسات الخلايا اسم "التشوهات الطوبولوجية" (Topological defects)، وهو مصطلح رياضي يصف هذه النقاط المفردة، وطبقا لهذا الفرع من الرياضيات فإن إزالة التشوه الحادث عند إحدى هذه النقاط ليس بالأمر السهل.

وهو ما يؤكده ألرت قائلا "تعرف هذه النقاط باسم التشوهات الطوبولوجية، لأنه لا يمكن التخلص من أحد هذه التشوهات بسهولة، فعلى سبيل المثال لو قامت البكتيريا بتغيير اصطفافها عند إحدى نقاط التشوه تلك فلن يساعد ذلك في التخلص من هذه التشوهات الطوبولوجية".

ويرى الباحثون أن البكتيريا تتصرف مثل البلورات السائلة، كتلك البلورات الموجودة في شاشات الهواتف الذكية والتي تتكون أيضا من جزيئات عصوية الشكل، إلا أن بكتيريا المكورة المخاطية الصفراء تختلف عن البلورات السائلة في كونها كائنات حية يمكنها الصعود لأعلى.