Các nhà khoa học MPI-DS tiết lộ cách tương tác của vi khuẩn dẫn đến các mô hình phức tạp và giới thiệu một mô hình linh hoạt có thể giải mã hành vi tập thể của các thực thể từ vi khuẩn đến bầy robot. Một mô hình mới cho thấy các tương tác rượt đuổi có thể tạo ra các mô hình năng động trong tổ chức của các loài vi khuẩn.

Các mẫu cấu trúc có thể được tạo ra do sự tương tác rượt đuổi giữa hai loài vi khuẩn. Trong một mô hình mới, các nhà khoa học từ Viện Động lực học và Tự tổ chức Max Planck (MPI-DS) mô tả cách các tương tác ở cấp độ cá nhân dẫn đến khả năng tự tổ chức của các loài và phát hiện của họ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế chung của hành vi tập thể.

Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học từ Khoa Vật lý Vật chất Sống tại MPI-DS đã phát triển một mô hình để mô tả các con đường giao tiếp trong quần thể vi khuẩn. Vi khuẩn thể hiện các mô hình tổ chức tổng thể bằng cách cảm nhận nồng độ hóa chất trong môi trường và điều chỉnh chuyển động của chúng.

"Chúng tôi đã mô phỏng sự tương tác không qua lại giữa hai vi khuẩn," tác giả đầu tiên YuDuan giải thích. "Điều này có nghĩa là loài A đang đuổi theo loài B và mục tiêu của loài B là đẩy lùi loài A." Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng chỉ riêng sự tương tác rượt đuổi và tránh né này cũng đủ để hình thành một mô hình cấu trúc. Loại mẫu được tạo ra phụ thuộc vào cường độ tương tác. Điều này bổ sung cho một nghiên cứu trước đó trong đó một mô hình đã được đề xuất cũng bao gồm các tương tác giữa các vi khuẩn để tạo thành một mô hình.

Các phương thức tự tổ chức khác nhau có thể phát triển ở cấp độ toàn cầu dựa trên sự tương tác theo đuổi và tránh né giữa hai loài A và B. Nguồn hình ảnh: MPI-DS/LMP

Trong mô hình mới này, tác động của sự di chuyển của vi khuẩn cũng được đưa vào mà không cần độ bám dính hoặc liên kết để tạo thành các kiến trúc thượng tầng phức tạp chứa hàng triệu cá thể. Benoît Mahault, Trưởng nhóm Khoa Vật lý Vật chất Sống tại MPI-DS kết luận: "Trong khi động thái quần thể vi khuẩn thể hiện trật tự tổng thể, thì điều này không xảy ra ở cấp độ của từng vi khuẩn. Đặc biệt, từng vi khuẩn dường như di chuyển một cách mất trật tự, với cấu trúc chỉ có thể nhìn thấy ở cấp độ cao hơn, điều này rất hấp dẫn".

Mô hình này cũng cho phép xem xét nhiều hơn hai loài, làm tăng số lượng tương tác có thể có và các mô hình mới nổi. Điều đáng chú ý là nó không chỉ giới hạn ở vi khuẩn và có thể được áp dụng cho nhiều hành vi tập thể khác nhau. Chúng bao gồm các máy bơi vi mô được điều khiển bằng ánh sáng, côn trùng sống theo bầy đàn, đàn động vật và đàn robot. Do đó, nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết chung về các cơ chế hình thành các cấu trúc quy mô lớn trong các mạng có nhiều thành phần.