قطرة ماء تحتوي على ملح مذاب تجف على الطاولة. لا يترسب الملح في أي مكان: أولاً تظهر البلورات عند الحافة مكونة حلقة، مثل رواسب القهوة في قاع الكوب. هذا السلوك مألوف لكل من رأى أثر قطرة جافة. ولكن ماذا لو كانت هناك بكتيريا تستطيع السباحة في القطرة؟ الحركات العشوائية للكائنات الدقيقة يمكن أن تقلب الصورة المألوفة.
أخذ الباحثون بكتيريا الإشريكية القولونية — وهي بكتيريا متحركة معروفة — وأضافوها إلى محلول ملحي. في القطرات التي تحتوي على عدد قليل من البكتيريا، تجمعت تلك البكتيريا عند الحواف كما هو متوقع. ولكن عندما زاد عدد البكتيريا، توزعت بالتساوي في جميع أنحاء القطرة. وكان سلوك الملح أكثر إثارة للاهتمام: بالإضافة إلى الحلقة عند المحيط، ظهرت بلورات في المركز، وكلما زاد عدد البكتيريا، زاد عدد هذه الجزر. وفي الوقت نفسه، استطالت البلورات عند الحواف إلى أشكال متفرعة غريبة.
لفهم الآلية، بنى العلماء نموذجًا رياضيًا. أخذوا في الاعتبار كيفية تدفق السائل داخل القطرة أثناء التبخر، وكيف تتحرك البكتيريا، وكيف يُنقل الملح ويترسب. اتضح أنه في مرحلة مبكرة من التبخر، حركة البكتيريا تسمح لها بالسباحة عكس التيار الذي يحمل كل شيء نحو الحافة. تنجح البكتيريا في الوصول إلى المركز والاستقرار هناك. لاحقًا، عندما تنكمش القطرة، تصبح هذه الخلايا المستقرة نقاطًا يبدأ حولها الملح في التبلور. هكذا تغير الحركة الحية للكائنات الدقيقة شكل البلورات غير الحية.
هذا العمل هو خطوة نحو التحكم في التبلور باستخدام الكائنات الحية. هذه القدرة ستكون مفيدة، على سبيل المثال، في استخراج النفط حيث تسد الأملاح مسام الصخور، أو في الأجهزة الدقيقة السائلة حيث يلزم ترسيب المواد بدقة. يمكن للبكتيريا السباحة أن تصبح ليس مجرد ركاب في القطرة، بل مشاركين نشطين في العملية.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2608.15378v1
Motile Escherichia coli bacteria can alter salt crystallization patterns during the evaporation of sessile droplets. In dilute bacterial suspensions in deionized water, dried bacteria cells predominantly accumulate at the droplet periphery, consistent with the classic "coffee-ring" effect. At higher cell densities, however, the bacterial distribution becomes more uniform. In the absence of bacteria, pure Phosphate Buffered Saline also forms salt crystals in a coffee-ring pattern. When bacteria are present alongside the salt solute, additional isolated crystals appear near the droplet center, with their abundance increasing with bacterial concentration, while crystals at the periphery adopt dendritic morphologies that extend radially. To investigate these phenomena, we used a Stokes-based analytical model to estimate the evolution of internal flow fields and compare them with bacterial motility. Then a finite volume model is implemented for bacteria and salt transport and adsorption, and a stochastic model for salt nucleation was developed, which successfully explains the crystallization pattern seen in the experiments. Our results show that bacterial motility can overcome evaporation induced flow during early stage, enabling bacteria cells to serve as nucleation sites and thereby altering the final crystalline morphology. This work highlights the potential of motile microorganisms to actively control evaporative crystallization, with implications for porous media flow and microfluidic deposition processes.
تسبح بكتيريا الإشريكية القولونية بسرعة تصل إلى 30 ميكرومترًا في الثانية — في ساعة واحدة تقطع مسافة تعادل 10 أضعاف طول جسمها، وهو ما يعادل للإنسان سباحة 180 مترًا في الساعة.
فكرة الكائنات الحية التي تتحكم في نمو البلورات تذكرنا برواية كورت فونيجت «مهد القطة»، حيث شكل جليدي خيالي يُدعى «الجليد-تسعة» يغير خصائص المادة.