La dispersione delle batterie che si muovono in ambienti porosi segue una legge sorprendentemente semplice e generica. La Terra è popolata da micro-organismi nuotatori, come le batteri, che si spostano continuamente. Le loro strategie di nuoto variano da una specie all’altra, ma poiché implicano riorientamenti in direzioni scelte a caso, sono tutte delle “passeggiate casuali”.
Nel lungo periodo, questo modo di spostarsi è di tipo diffusivo: le batteri inizialmente rilasciate nello stesso punto si disperdono progressivamente, proprio come il tè che si diffonde in acqua ferma. Questo allargamento della popolazione, noto anche come dispersione, è caratterizzato quantitativamente da un parametro chiamato “coefficiente di diffusione”.
Circa un terzo delle 1030 batteri che vivono oggi sulla Terra si evolvono in ambienti porosi, cioè costituiti da cavità collegate tra loro, che si trovano nei sedimenti, nei suoli, nelle rocce, ma anche nel cibo o all’interno del corpo umano. Predire la dispersione delle batteri in questi ambienti è quindi un problema rilevante in molti contesti. Che si tratti di un’infezione del corpo umano o della contaminazione di cibo o falde acquifere, è cruciale per sviluppare strategie di lotta efficaci conoscere i coefficienti di diffusione associati alla disseminazione in questi ambienti porosi, così come la loro dipendenza dalle caratteristiche di ciascun sistema.
La difficoltà, tuttavia, risiede nell’enorme diversità delle situazioni incontrate. Non solo le batteri presentano molte varianti nella loro strategia di nuoto, ma esiste una miriade di ambienti porosi, che differiscono per struttura, morfologia e dimensioni caratteristiche. Come, considerando il numero gigantesco di parametri che possono variare da un sistema all’altro, si può predire la dispersione? Esiste un principio unificatore che permetta di semplificare questo problema?
La risposta, sorprendentemente semplice, è stata recentemente fornita in un lavoro che coinvolge il laboratorio iLM di Lione e l’ETH di Zurigo. I ricercatori hanno dimostrato che la dispersione delle batteri in ambienti porosi possiede un carattere universale: indipendentemente dalla struttura porosa o dalla strategia di nuoto, la dispersione segue una legge generale, che condensa la diversità delle situazioni in una relazione matematica unica.
Per giungere a questa conclusione, il primo passo è stato simulare numericamente le batteri che si muovono in un ambiente poroso. Facendo ruotare i suoi flagelli, una batteria avanza in linea retta per circa un secondo prima di riorientarsi bruscamente in un’altra direzione. Questa strategia di nuoto è chiamata “run-and-tumble” e ne esistono, a seconda delle specie, molteplici varianti.
Fonte: Techno Science
