Kármán Labor - ELTE TTK - Fizika Intézet

Információk

Kutatás

Érdeklõdõknek
     
© Best Kontakt Kft, 2010

Biokonvekció

Úszó algák és baktériumok hajlamosak az életterüket adó vízréteg tetején összegyûlni. Ennek sok oka lehet, az algák többnyire a fényért (fototaxis), a baktériumok oxigénért (kemotaxis) úsznak. Minthogy a legtöbb egysejtû sûrûsége 5-10%-kal nagyobb a vízénél, felszíni gyülekezésük tömeginverzióhoz vezet, azaz a felsô réteg átlagos sûrûsége nagyobb lesz, mint mélyebben.

Ez az elrendezés a hidrodinamikában jól ismert Rayleigh-Taylor instabilitáshoz vezet, melynek következtében sejtekben gazdag, makroszkopikus méretû süllyedô ujjak jelennek meg (ld.ábra). Ha a folyadék rétegvastagsága nem túl nagy, a süllyedô ujjak a fenékbe ütközve eltérülnek, lefékezôdnek, és a mikroorganizmusok egyrészt az ellenirányú áramlás segítségével, másrészt aktívan elindulnak felfelé. Bizonyos idô múlva az egysejtûek egyedi mozgása összetett lépéseken keresztül makroszkopikus, közel stacionárius áramlási mintázatok kialakulásához vezet, melyben jól láthatóan csatoltan jelentkeznek fizikai és biológiai aspektusok.

A jelenség maga elég régóta ismeretes, az irodalomban két uralkodó vonulat volt megfigyelhetô. A biológiai megközelítésû cikkek számos faj esetén számoltak be a mintázatok kialakulásáról, és a fajt jellemzô sajátosságokról. Külön "iskolája" alakult ki a matematikai modellezésnek, melyekben a hidrodinamika kontinuum egyenleteit elemezték analitikus (stabilitás-vizsgálati) és numerikus módszerekkel. Ezzel szemben csak elvétve lehetett olyan közleményt találni, melyben a folyamatok meghatározó paramétereit szisztematikus mérésekkel vizsgálták volna.

Biokonvektív mintázatképzôdés Bacillus subtilis szuszpenzióban. A felsô öt kép (30 másodpercenként felvett) oldalnézeti, az alsó felülnézeti ábrázolás. Az erôsebb szürkeségi szint nagyobb sejtkoncentrációt jelöl