يكشف علماء MPI-DS عن تفاعل بكتيري ينتج عنه أنماط معقدة ويقدمون نموذجًا متعدد الاستخدامات يمكنه فك تشفير السلوك الجماعي لكيانات تتراوح من البكتيريا إلى أسراب الروبوتات. يشير نموذج جديد إلى أن مطاردة التفاعلات يمكن أن تحفز أنماطًا ديناميكية في تنظيم الأنواع البكتيرية.
يمكن إنشاء الأنماط الهيكلية نتيجة لمطاردة التفاعلات بين نوعين من البكتيريا. في نموذج جديد، يصف علماء من معهد ماكس بلانك للديناميكيات والتنظيم الذاتي (MPI-DS) كيف تؤدي التفاعلات على المستوى الفردي إلى التنظيم الذاتي للأنواع، وتوفر النتائج التي توصلوا إليها نظرة ثاقبة للآليات العامة للسلوك الجماعي.
في دراسة حديثة، طور علماء من قسم فيزياء المادة الحية في MPI-DS نموذجًا لوصف مسارات الاتصال في التجمعات البكتيرية. تُظهر البكتيريا أنماطًا تنظيمية عامة من خلال استشعار تركيز المواد الكيميائية في بيئتها وضبط تحركاتها.
يوضح المؤلف الأول يودوان: "لقد قمنا بمحاكاة تفاعل غير متبادل بين نوعين من البكتيريا". "هذا يعني أن النوع "أ" يطارد النوع "ب"، وهدف النوع "ب" هو صد النوع "أ". ووجد الباحثون أن تفاعل المطاردة والتجنب وحده كان كافيًا لتشكيل نمط بنيوي. يعتمد نوع النمط الناتج على شدة التفاعل. وهذا يكمل دراسة سابقة تم فيها اقتراح نموذج يتضمن أيضًا تفاعلات بين البكتيريا لتشكيل نمط.
يتضمن هذا النموذج الجديد أيضًا تأثيرات الحركة البكتيرية، والتي لا تتطلب الالتصاق أو المحاذاة لتشكيل هياكل فوقية معقدة تحتوي على ملايين الأفراد. "في حين أن ديناميكيات التجمعات البكتيرية تظهر النظام العام، فإن هذا ليس هو الحال على مستوى البكتيريا الفردية. على وجه الخصوص، يبدو أن البكتيريا الفردية تتحرك بطريقة غير منظمة، مع بنية لا يمكن رؤيتها إلا في المستويات الأعلى، وهو أمر رائع للغاية"، يخلص بينوا ماهولت، قائد مجموعة قسم فيزياء المواد الحية في MPI-DS.
ويسمح النموذج أيضًا بدراسة أكثر من نوعين، مما يزيد من عدد التفاعلات المحتملة والأنماط الناشئة. ومن الجدير بالذكر أن الأمر لا يقتصر على البكتيريا أيضًا، ويمكن تطبيقه على مجموعة متنوعة من السلوكيات الجماعية. وتشمل هذه الكائنات السباحة الصغيرة التي يتم التحكم فيها بالضوء، والحشرات الاجتماعية، وأسراب الحيوانات، وأسراب الروبوتات. وبالتالي توفر هذه الدراسة رؤى عامة حول الآليات التي تشكل هياكل واسعة النطاق في الشبكات التي تحتوي على العديد من المكونات.