小舞者：科学家同步细菌运动

代尔夫特理工大学的研究人员发现，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。通过将单个细菌捕获在微工程圆形腔中，并通过狭窄的通道将这些腔连接起来，研究小组观察到细菌的协调运动。他们的发现在工程可控生物振荡器网络方面具有潜在的应用，最近发表在Small上

观众有节奏地鼓掌，萤火虫齐声闪烁，或者成群的椋鸟齐声移动——同步是在不同系统和尺度上观察到的自然现象。克里斯蒂安·惠更斯在17世纪首次描述了同步，他的摆钟的对齐摆动是著名的例证。现在，代尔夫特理工大学的研究人员已经证明，即使是大肠杆菌——只有几微米长的单细胞生物——也可以表现出同样的现象

“这对我们的团队来说是一个非凡的时刻，”机械工程学院副教授Farbod Alijani说。“看到细菌‘同步跳舞’不仅展示了大自然的美丽，也加深了我们对最小生物体自组织微观起源的理解。”。在这些圆形空腔内，细菌开始表现出类似于钟摆的旋转运动。通过用一个微小的通道连接其中两个腔室，研究人员观察到，一段时间后，这两种细菌开始同步运动

Alijani解释说：“这种同步是由于耦合系统中细菌运动引起的流体动力学相互作用而发生的。”。该团队对这种耦合强度进行了量化，发现细菌的协调运动遵循了同步的普遍数学规则

图片来源：代尔夫特理工大学迈向协调运动网络

这些发现具有重大前景，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。这些工具可以帮助科学家研究封闭环境中的细菌运动和协调，更好地了解微生物活性物质

该团队现在正在探索更复杂的系统，通过耦合多个腔来形成同步细菌网络。“我们想揭示这些网络的行为方式，以及我们是否可以设计出更复杂的动态运动，”Alijani补充道

药物筛选的可能性

虽然这项研究主要是基础性的，但它的潜在应用范围很广。Alijani建议：“这甚至可以提供一种新的药物筛选方法，例如，通过测量抗生素给药前后细菌运动引起的流体流动变化和力。”

这项研究的灵感来自早期的工作，Alijani的团队使用石墨烯鼓记录了第一个单一细菌的声音。Alijani说：“我们很好奇，我们是否可以更进一步，从我们观察到的混沌振荡中创造秩序。”。通过这项研究，他们已经从录制单个细菌的原声转变为编排他们的“探戈”