वैज्ञानिकों ने बैक्टीरिया के जटिल व्यवहार का किया खुलासा, प्रकृति में सामूहिक गति को समझने में मिलेगी मदद
येरुशलम, 5 अगस्त, 2025 (टीपीएस-आईएल) — भौतिकी और जीव विज्ञान को जोड़ने वाले एक अभूतपूर्व अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने उत्तरी मेक्सिको के एक अनूठे प्राकृतिक वातावरण से प्राप्त जीवाणु प्रजातियों के जटिल सामूहिक व्यवहार का पता लगाया है। इस खोज से न केवल सूक्ष्मजीवों के आत्म-संगठन पर प्रकाश पड़ता है, बल्कि प्रकृति में सामूहिक गति को समझने के लिए व्यापक निहितार्थ भी हो सकते हैं – पक्षियों के झुंड से लेकर रोबोटिक सिस्टम तक।
प्रोफेसर जोएल स्टीवंस और डॉ. रिनाट अर्बेल-गोरेन के नेतृत्व वाली शोध टीम, वाइज़मैन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस से, मेक्सिको के कोहुआइला में कुआत्रो सिएनेगास बेसिन से सूक्ष्मजीव नमूने एकत्र किए। यह एक रेगिस्तानी क्षेत्र है जो दुर्लभ सूक्ष्मजीव पारिस्थितिक तंत्र का घर है, जिसके बारे में माना जाता है कि यह लगभग 700 मिलियन वर्ष पहले पृथ्वी के वातावरण जैसा था। जैविक प्रणालियों में विशेषज्ञता रखने वाले एक भौतिक विज्ञानी प्रो. स्टीवंस ने कहा, “यह क्षेत्र मुझे वर्षों से आकर्षित करता रहा है।” “इसकी चरम स्थितियाँ प्राचीन सूक्ष्मजीव व्यवहार में एक खिड़की प्रदान करती हैं।”
प्रयोगशाला में वापस, टीम ने मैक्सिकन सूक्ष्मजीवविज्ञानी डॉ. ऑस्कर गयार्डो-नवारो के साथ बैक्टीरिया को विकसित करने और उनका अध्ययन करने के लिए काम किया। अपने पोस्टडॉक्टरल शोध के दौरान, गयार्डो-नवारो ने एक puzzling खोज की: चाहे उन्होंने बैक्टीरिया कल्चर को कितनी भी अच्छी तरह मिलाया हो, वे माइक्रोस्कोप के नीचे जटिल पैटर्न में स्वतः ही अलग हो जाते थे।
उन्होंने नोट किया, “यह यादृच्छिक नहीं था।” “प्रत्येक प्रजाति एक अनूठा पैटर्न ‘खींचती’ हुई प्रतीत होती थी – कुछ षट्कोण में, अन्य सर्पिल या बहने वाली संरचनाओं में।”
शोधकर्ताओं ने पाया कि ये आकर्षक पैटर्न “बायोकॉन्वेक्शन” नामक एक भौतिक प्रक्रिया का परिणाम हैं। बायोकॉन्वेक्शन एक द्रव गतिकी घटना है जो तब होती है जब बड़ी संख्या में स्व-चालित सूक्ष्मजीव – जैसे बैक्टीरिया या शैवाल – एक द्रव में चलते हैं, आमतौर पर ऑक्सीजन या प्रकाश जैसे पर्यावरणीय संकेतों के जवाब में।
स्टीवंस ने समझाया, “बैक्टीरिया ऑक्सीजन की तलाश में सतह की ओर ऊपर की ओर तैरते हैं।” “लेकिन क्योंकि वे पानी से सघन होते हैं, गुरुत्वाकर्षण उन्हें वापस नीचे खींचता है, जिससे एक प्रकार की संवहन धारा बनती है। यह एक गतिशील लूप है – गुरुत्वाकर्षण और ऑक्सीजन के लिए बैक्टीरिया की आवश्यकता के बीच एक निरंतर धक्का और खिंचाव।”
जबकि बायोकॉन्वेक्शन एक नई अवधारणा नहीं है, अध्ययन – जो हाल ही में सहकर्मी-समीक्षित वैज्ञानिक पत्रिका नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित हुआ है – पहली बार बताता है कि विभिन्न जीवाणु प्रजातियाँ विशिष्ट आकार के पैटर्न कैसे उत्पन्न करती हैं। स्टीवंस ने कहा, “अब तक, अधिकांश अध्ययनों ने अलग-अलग प्रयोगशाला-विकसित उपभेदों की जांच की थी।” “किसी ने वास्तव में यह नहीं देखा कि एक ही प्राकृतिक समुदाय से विभिन्न प्रजातियाँ एक साथ रखे जाने पर कैसे व्यवहार करती हैं।”
टीम ने विभिन्न जीवाणु प्रजातियों को मिलाकर यह देखने के लिए अपने शोध को और आगे बढ़ाया कि वे कैसे बातचीत करेंगी। आश्चर्य की बात यह है कि प्रजातियों ने साझा वातावरण के भीतर स्थानिक अलगाव बनाए रखा, भले ही उन्हें पहले अच्छी तरह से मिश्रित किया गया हो। डॉ. अर्बेल-गोरेन ने याद किया, “हमने प्रत्येक प्रजाति को एक अलग फ्लोरोसेंट मार्कर से लेबल किया, अराजकता की उम्मीद कर रहे थे।” “इसके बजाय, हमने शानदार कैलिडोस्कोपिक पैटर्न बनते देखे – प्रत्येक प्रजाति अपनी जगह पर रही, जैसे नर्तक बिना एक-दूसरे से बात किए कोरियोग्राफ किए गए हों।”
टीम ने निष्कर्ष निकाला कि यह अलगाव जैविक आकर्षण या प्रतिकर्षण, न ही कोशिका आकार में अंतर के कारण नहीं हुआ। बल्कि, यह सूक्ष्म व्यवहार में सूक्ष्म अंतर से उत्पन्न हुआ।
स्टीवंस ने कहा, “प्रत्येक प्रजाति की अपनी लय होती है – अपनी औसत गति और मुड़ने की आवृत्ति।” “और इन आंदोलन गुणों में जितना अधिक अंतर होगा, स्थानिक अलगाव उतना ही स्पष्ट होता जाएगा।”
शायद सबसे उल्लेखनीय बात इस घटना का पैमाना है। स्टीवंस ने जोर देकर कहा, “हम सूक्ष्म आंदोलन की बात कर रहे हैं – लगभग दो माइक्रोन के बदलाव।” “फिर भी ये छोटे अंतर नग्न आंखों को दिखाई देने वाले पैटर्न में प्रकट होते हैं, जो एक हजार गुना बड़ी दूरी पर होते हैं।”
इस खोज के सूक्ष्मजीव इंजीनियरिंग से लेकर रोबोटिक्स तक के क्षेत्रों में आशाजनक व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं। सिंथेटिक जीव विज्ञान और औद्योगिक सूक्ष्म जीव विज्ञान में, यह समझना कि जीवाणु समुदाय कैसे स्व-संगठित होते हैं, किण्वन, अपशिष्ट उपचार, या जैव ईंधन उत्पादन के लिए अधिक कुशल बायोरिएक्टर और अनुकूलित सूक्ष्मजीव कंसोर्टिया का कारण बन सकते हैं। चिकित्सकीय रूप से, यह हानिकारक बायोफिल्म को बाधित करने की रणनीतियों को सूचित कर सकता है या लक्षित दवा वितरण प्रणालियों के विकास का मार्गदर्शन कर सकता है जो शरीर के तरल पदार्थों के माध्यम से जीवाणु आंदोलन की नकल करते हैं।
जीव विज्ञान से परे, निष्कर्ष झुंड रोबोटिक्स के लिए एक मॉडल प्रदान करते हैं, जहां इंजीनियर स्वायत्त एजेंटों – जैसे ड्रोन या पानी के नीचे के वाहन – को डिजाइन कर सकते हैं ताकि वे केंद्रीय नियंत्रण के बिना जटिल वातावरण में स्व-संगठित और अनुकूलित हो सकें, ठीक उसी तरह जैसे अध्ययन में बैक्टीरिया।
स्टीवंस ने कहा, “ये परिणाम हमें दिखाते हैं कि प्रकृति के स्वयं को व्यवस्थित करने के तरीके हैं जिन्हें हम अभी समझना शुरू कर रहे हैं।” “और कभी-कभी, हमें यह दिखाने के लिए एक रेगिस्तानी दलदल और एक माइक्रोस्कोप की आवश्यकता होती है कि भौतिकी कितनी सुंदर हो सकती है।
