Mit Öltropfen untersuchen Physiker, wie Bakterien und andere Einzeller schwimmen

Trotz der relativen Einfachheit der Form haben einzellige Lebewesen komplexe Formen entwickelt, die es zu erforschen gilt

Forscher des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation haben in einer Reihe von Experimenten die physikalischen Mechanismen aufgedeckt, die die Bewegungsstrategien von Mikroschwimmern bestimmen.

Im ersten Experiment untersuchten die Forscher, wiesich bewegende Mikroschwimmer beeinflussen sich gegenseitig. In ihrem Experiment bewegen sich mikroskopisch kleine Öltröpfchen in einer Seifenlösung unabhängig voneinander und setzen dabei eine kleine Menge Öl frei.

Die gleichen "Kondensstreifen", die andere Mikroorganismen abschrecken können, hinterlassenMikroschwimmer könnenFinde heraus, ob sich in letzter Zeit ein anderer Organismus an der gleichen Stelle befunden hat.Diese Strategie führe zu einer selbstvermeidenden Bewegung, erklären die Autoren. 

Mikroorganismen stoßen Spuren ab und bewegen sichin einem geschlossenen Kreislauf abseits von anderen. In diesem Fall wird die Abstoßungswirkung eines "Schwimmers" von der Flugbahn eines anderen durch den Annäherungswinkel und die seit dem ersten Schwimmen verstrichene Zeit bestimmt.

Schwebende Partikel hinterlassen einen „Kondensstreifen“, der andere Partikel abstößt. Bild: MPI-DS / Maass

In einem anderen Experiment zeigten Wissenschaftler das zUm sich in einem engen Kanal gegen die Strömung fortzubewegen, nutzen kleine Organismen die hydrodynamische Interaktion mit der Kanalwand. Diese Art der Bewegung erklärt zum Beispiel, wie sich krankheitserregende Bakterien durch Blutgefäße bewegen.

Darüber hinaus haben Wissenschaftler das Kollektiv untersuchthydrodynamisches Verhalten einer großen Zahl von Mikroschwimmern. Sie fanden heraus, dass zahlreiche Tröpfchen Cluster bilden können, die wie Luftkissenfahrzeuge schweben oder wie kleine Hubschrauber aufsteigen und sich drehen. In diesem Fall könnten sich einzelne Teilchen auf diese Weise nicht bewegen.

Aktive Mikroschwimmer können Schwärme bilden, die sich spontan zu drehen beginnen und wie mikroskopisch kleine Helikopter aufsteigen. Bild: MPI-DS / Maass

Die Forscher glauben, dass die verschiedenen Bewegungsmuster, die in Mikroorganismen gefunden werden, genutzt werden können, um Nanoroboter zu entwerfen und Mechanismen zur gezielten Arzneimittelabgabe zu entwickeln.

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