在德尔夫特理工大学的研究人员发现大肠杆菌具有同步运动的能力，从看似随机的生物系统中创造出有序的模式。这项研究通过将个别细菌限制在专门设计的圆形空间内，并通过狭窄的通道连接这些空间，观察到了这些细菌以协调的方式移动。这项研究的意义在于可能为工程可控的生物振荡器系统铺平道路。
德尔夫特理工大学的研究人员发现大肠杆菌能够同步它们的运动，从而在看似随机的生物环境中形成有序的模式。通过将个别细菌封闭在精确设计的圆形腔体中，并通过小通道连接这些腔体，研究小组注意到细菌之间的协调运动。他们的研究可能促使可控生物振荡网络的发展，最近已发表在《Small》期刊上。
同步现象可见于各种自然现象，例如观众齐声鼓掌、萤火虫同时闪烁或黑鸟群一起飞行。这个现象最早由克里斯蒂安·惠更斯在17世纪描述，他的摆钟以一致的方式摆动，展示了这一现象。如今，德尔夫特理工大学的研究人员已经表明，即使是微小的单细胞生物大肠杆菌也能表现出这种同步行为。
“这是我们团队的一个令人难以置信的时刻，”机械工程学院副教授法尔博德·阿利贾尼说。“观察细菌‘同步舞动’不仅突显了自然的美丽，而且增强了我们对最小生命体自组织的微观基础的理解。”
协调运动
在德尔夫特理工大学教授希斯·德克尔的指导下，阿利贾尼的团队与德尔夫特理工大学的衍生公司SoundCell合作，利用精心设计的微腔捕捉来自更大群体的单个大肠杆菌细胞。在这些圆形空间中，细菌开始以类似摆钟摆动的旋转方式移动。通过将两个腔体通过微小的通道连接起来，研究人员发现，随着时间的推移，这两个细菌开始同步其运动。
“同步是由细菌在耦合系统中运动所产生的水动力相互作用引起的，”阿利贾尼解释说。研究人员量化了这种耦合的强度，并确定细菌的协调运动遵循与同步相关的普遍数学原理。
迈向协调运动网络
这些发现的意义重大，为开发能够在细菌网络中诱导受控振荡和同步的微型工具铺平道路。这些发明可能帮助科学家研究细菌在有限空间中的运动和协调，从而更清晰地了解微生物活性物质。
团队目前正在通过连接多个腔体来创建同步细菌的网络，研究更复杂的系统。“我们的目标是发现这些网络如何运作，以及我们是否能够设计出更先进的动态运动，”阿利贾尼补充道。
药物筛选的潜力
虽然这项研究主要是基础性的，但其潜在应用范围广泛。“这可以提供一种新的药物筛选方法，例如，通过测量在施用抗生素前后细菌运动引起的流体流动和力的变化，”阿利贾尼提出。
这项研究的灵感源于阿利贾尼团队之前的一个项目，他们使用石墨烯鼓记录了单个细菌发出的第一声音。“我们想知道是否可以进一步发展，并从我们注意到的混沌振荡中建立秩序，”阿利贾尼解释道。通过这项研究，他们从仅仅记录单个细菌的声音，进展到像舞蹈一样协同它们的集体运动。
