自然界確實存在普遍的“模式”，這與物體的大小、種類或所處環境無關。例如，樹干與血管的分支形狀十分相似，而軟體動物與卷心菜的螺旋結構如出一轍。現在麻省理工學院和劍橋大學的科學家發現，細菌與電子的集體運動也出人意料地相似：當成千上萬細菌通過微流體晶格時，它們同步運動的方式與電子在磁場中圍繞原子核運動的方式具有異曲同工之妙。
據麻省理工學院官網消息，在初步實驗中，研究人員將細菌注入微型水槽中來觀察其流動模式。他們發現，在較大的水槽中，細菌的流動方式相對混亂，而在寬約70微米的較小水槽中，成千上萬的細菌開始有序地流動——長時間內以螺旋的方式向同一個方向運動。
為了進一步研究，研究人員設計了包含100個微型水槽的晶格，其中每個水槽寬70微米，相鄰水槽之間通過狹小的縫隙互相連通。他們把細菌注入晶格并進行觀察后發現，可以通過改變水槽之間縫隙的寬度來控制細菌的流動。如果縫隙足夠小，兩個相鄰水槽中的細菌會以相反方向進行螺旋運動，與電子在非磁性材料中的交替循環類似；如果縫隙在8微米以上，每個水槽中的細菌都會向同一個方向同步運動，與電子在磁場中的運動方式類似。
研究人員還找到了同時適用于細菌和電子的運動方式的數學模型。這個模型基于電子在磁性和電子材料中的量子行為的晶格場理論，只是被簡化后更通俗易懂。他們利用模型預測，晶格場維度的變化會帶來電子或細菌的相變或流動方向的改變。其研究結果近日發表在《自然·物理》雜志上。
“我們發現了兩者的共性，這非常令人驚訝。”麻省理工學院應用數學系副教授耶恩·鄧克爾說，“真正迷人的地方在于，一個生命系統的行為與人們所認為的量子系統的行為如此相似。”