En el mundo bacteriano, como en el más grande, la belleza puede ser fugaz. Al nadar junto con la cantidad justa de vigor, masas de células bacterianas producen remolinos, patrones hipnóticos. Demasiado vigor sin embargo, y descienden a una turbulencia caótica.

Un equipo de físicos dirigido por el becario de la Universidad Rockefeller, Tyler Shendruk, detectó recientemente una firma matemática reveladora inscrita en esa desintegración del orden al caos. Su descubrimiento descrito el 16 de mayo en Comunicaciones de la naturaleza , proporciona el primer vínculo concreto entre la turbulencia en un sistema biológico y dentro del mundo físico más amplio, donde es mejor conocido por azotar aviones y barcos.

Un fluido que se mueve solo

En sistemas físicos, la turbulencia surge cuando se interrumpe el flujo suave de un líquido o gas, produciendo remolinos impredecibles como los de una nube de humo, surf espumoso, y un vuelo que hace que el estómago se caiga. Por más que lo intenten, los científicos aún no pueden predecir con precisión cómo el humo, agua, aire, o cualquier otra sustancia se moverá durante la turbulencia.

Algo similar parece ocurrir dentro de ciertos sistemas biológicos. Recientemente, Los científicos han descubierto una dinámica similar a una turbulencia que surge de lo que ellos llaman fluidos activos, como una densa masa de bacterias nadadoras o una colección de proteínas generadoras de movimiento suspendidas en un líquido. A diferencia de una gota de agua, estos fluidos activos se mueven por sí mismos. La turbulencia biológica que generan, por lo tanto, difiere en algunos aspectos significativos del fenómeno físico, y la relación entre estos dos tipos de turbulencia sigue siendo controvertida y poco conocida.

El reciente descubrimiento de Shendruk une a los dos al mostrar que a medida que emerge y se propaga, la turbulencia sigue el mismo patrón en las masas de bacterias que nadan que en el aire, agua, o cualquier otro sistema físico.

Descenso al caos

En una investigación que comenzó con Julia Yeomans en la Universidad de Oxford, Shendruk y sus colegas crearon una simulación por computadora de bacterias que nadan con creciente vigor dentro de un canal confinado.

En sus modelos, una vez que la actividad bacteriana alcanza cierto punto, un patrón rítmico emerge con vórtices alternados en sentido horario y antihorario. Pero a medida que la natación se vuelve aún más vigorosa, el patrón comienza a romperse. La turbulencia surge primero como bocanadas que interrumpen brevemente el patrón, luego muere.

Cuando Shendruk y sus colegas observaron de cerca cómo se propagaban las bocanadas, encontraron que una vez que surgieron estas irregularidades, se ramificaron de manera impredecible, a veces muriendo, a veces continúa dividiéndose de nuevo.

Estas ramas finalmente formaron caminos que se parecían al movimiento del agua caliente a través de los posos de café. Como el agua que se filtra, las bocanadas deben dividirse continuamente para que la turbulencia se extienda y eventualmente alcance a los remolinos ordenados.

La percolación del café es una metáfora familiar para los físicos, uno que se utiliza para describir cómo se comporta la turbulencia física a medida que se propaga. Al identificar la misma progresión del orden al desorden entre las bacterias nadadoras, Shendruk y sus colegas salvaron efectivamente la brecha entre la turbulencia de los fluidos activos y la que se observa en otras partes del mundo.

"Al vincular los fenómenos físicos y biológicos, este descubrimiento amplía la familia de fenómenos considerados turbulencias, ", Dice Shendruk." Esta conexión puede ayudarnos a comprender mejor la turbulencia en sí, así como la dinámica dentro de estos flujos bacterianos ".