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Le bolle che scoppiano lanciano i batteri dall'acqua all'aria: Lo studio mostra una nuova modalità di dispersione dei batteri.

Ovunque ci sia acqua, ci saranno sicuramente delle bolle che galleggiano in superficie. Da pozzanghere in piedi, laghi, e flussi, alle piscine, bagni caldi, fontane pubbliche, e servizi igienici, le bolle sono onnipresenti, dentro e fuori. Un nuovo studio del MIT mostra come le bolle contaminate da batteri possano agire come minuscole granate microbiche, scoppio e lancio di microrganismi, compresi i potenziali agenti patogeni, fuori dall'acqua e nell'aria.

I ratti che hanno ricevuto la miscela avevano una maggiore attività sessuale rispetto al gruppo di controllo, pubblicato oggi sulla rivista Lettere di revisione fisica, i ricercatori hanno scoperto che i batteri possono influenzare la longevità di una bolla: Una bolla ricoperta di batteri che galleggia sulla superficie dell'acqua può durare più di 10 volte più a lungo di quanto possa fare uno incontaminato, persistente per minuti anziché secondi. Durante questo periodo, il cappuccio della bolla contaminata si assottiglia. Più sottile è la bolla, maggiore è il numero di goccioline che può lanciare in aria quando la bolla inevitabilmente scoppia. Una sola goccia, stimano i ricercatori, può trasportare fino a migliaia di microrganismi, e ogni bolla può emettere centinaia di goccioline.

I ricercatori del MIT hanno scoperto che i batteri possono influenzare la longevità di una bolla. Immagine per gentile concessione dei ricercatori

“Abbiamo scoperto che i batteri possono manipolare le interfacce in un modo che può migliorare la propria dispersione acqua-aria,dice Lydia Bourouiba, professore assistente di ingegneria civile e ambientale e direttore del Laboratorio di fluidodinamica della trasmissione delle malattie.

Il coautore di Bourouiba sull'articolo è lo studente laureato Stephane Poulain.

Qualcosa nell'acqua

Bourouiba ha passato gli ultimi anni a generare meticolosamente, immagini, e caratterizzante il pulito, bolle incontaminate, con l'obiettivo di stabilire una linea di base del normale comportamento delle bolle.

"Prima abbiamo dovuto capire la fisica delle bolle pulite prima di poter aggiungere organismi come i batteri per vedere quale effetto hanno sul sistema,dice Bourouiba.

Come succede, i ricercatori hanno notato per la prima volta l'effetto dei batteri in qualche modo per caso. Il team si stava trasferendo in un nuovo laboratorio, e nella mischia, un bicchiere d'acqua era stato lasciato all'aperto. Quando il ricercatore lo usò negli esperimenti successivi, i risultati non erano quelli che la squadra si aspettava.

“Le bolle prodotte da quest'acqua hanno vissuto molto più a lungo e hanno avuto una peculiare evoluzione di assottigliamento rispetto a quella delle tipiche bolle di acqua pulita,dice Colt.

Bourouiba sospettava che l'acqua fosse stata contaminata, e il team ha presto confermato la sua ipotesi. Hanno analizzato l'acqua e hanno trovato prove di batteri che sono naturalmente presenti all'interno.

L'effetto succo

Per studiare direttamente l'effetto dei batteri sulle bolle, il team ha allestito un esperimento in cui hanno riempito una colonna con una soluzione di acqua e varie specie di batteri, Compreso E. coli. I ricercatori hanno sviluppato un sistema per generare bolle con una pompa ad aria, uno alla volta, all'interno della colonna, per controllare il volume e la dimensione di ogni bolla. Quando una bolla salì in superficie, il team ha utilizzato l'imaging ad alta velocità insieme a una serie di tecniche ottiche per catturarne il comportamento, in superficie e mentre scoppiava.

Lo hanno osservato i ricercatori, una volta che una bolla contaminata con E. coliraggiunse la superficie dell'acqua, la propria superficie, o berretto, subito iniziato a dimagrire, principalmente drenando nuovamente nell'acqua, come un guscio di cioccolato fondente. Questo comportamento era simile a quello delle bolle incontaminate.

Ma le bolle contaminate sono rimaste in superficie più di 10 volte più a lungo delle bolle incontaminate. E dopo un periodo di tempo critico, le bolle cariche di batteri hanno iniziato a diradarsi molto più velocemente. Bourouiba sospettava che potessero non essere i batteri stessi, ma quello che secernono, che mantiene la bolla in posizione più a lungo.

“I batteri sono vivi, e come qualsiasi cosa viva, fanno rifiuti, e quel rifiuto in genere è qualcosa che potenzialmente potrebbe interagire con l'interfaccia della bolla,dice Bourouiba. "Così abbiamo separato gli organismi dal loro 'succo'".

I ricercatori hanno lavato via i batteri dalle loro secrezioni, poi ripetuto i loro esperimenti, utilizzando le secrezioni dei batteri. Proprio come sospettava Bourouiba, le bolle contenenti le sole secrezioni sono durate molto più a lungo delle bolle pulite. Le secrezioni, ha concluso il gruppo, deve essere l'ingrediente chiave per prolungare la vita di una bolla. Ma come?

Ancora, Bourouiba aveva un'ipotesi: Le secrezioni batteriche possono agire per ridurre la tensione superficiale di una bolla, rendendola più elastica, più resistente alle perturbazioni, e alla fine, più probabilità di vivere più a lungo sulla superficie dell'acqua. Questo comportamento, ha notato, era simile ai composti tensioattivi, o tensioattivi, come i composti nei detersivi che fanno le bolle di sapone.

Per testare questa idea, i ricercatori hanno ripetuto gli esperimenti, questa volta sostituendo i batteri con comuni tensioattivi sintetici, e ha scoperto che anche loro producevano bolle più durature che si assottigliavano drasticamente dopo un certo periodo di tempo. Questo esperimento ha confermato che le secrezioni batteriche agiscono come tensioattivi prolungando la durata delle bolle contaminate.

I ricercatori hanno quindi cercato una spiegazione per il drastico cambiamento nel tasso di assottigliamento di una bolla contaminata. In bolle pulite, l'assottigliamento del cappello era principalmente il risultato del drenaggio, poiché l'acqua nel tappo defluisce principalmente nel fluido da cui è sorta la bolla. Tali bolle vivono nell'ordine di secondi, e la loro velocità di drenaggio rallenta continuamente man mano che la bolla si assottiglia.

Ma se una bolla dura oltre un momento critico, l'evaporazione inizia a svolgere un ruolo più dominante rispetto al drenaggio, essenzialmente eliminando le molecole d'acqua dal cappuccio della bolla. I ricercatori hanno concluso che, se una bolla contiene batteri, i batteri e le loro secrezioni, far durare più a lungo una bolla sulla superficie dell'acqua - abbastanza a lungo che l'evaporazione diventa più importante del drenaggio nell'assottigliare il cappuccio della bolla.

Come il tappo di una bolla si assottiglia, le goccioline che spruzzerà quando inevitabilmente scoppierà si rimpiccioliranno, Più veloce, e più numerosi. Il team ha scoperto che una singola bolla carica di batteri può creare 10 volte più goccioline, quali sono 10 volte più piccolo ed espulso 10 volte più veloce di quello che può produrre una bolla pulita. Si tratta di centinaia di goccioline che misurano solo poche decine di micron e che vengono emesse a velocità dell'ordine di 10 metri al secondo.

“Il meccanismo [Bourouiba] identificato è anche all'opera quando le bolle di schiuma esplodono sulla superficie dell'oceano,dice Andrea Prosperetti, un professore di ingegneria meccanica presso l'Università di Houston, che non è stato coinvolto nella ricerca. “La dimensione di queste minuscole goccioline di pellicola determina quanto bene possono essere raccolte e trasportate dal vento. Questo processo ha implicazioni significative per il clima e le condizioni meteorologiche. Lo stesso processo di base influisce sui rischi per la salute delle fuoriuscite di petrolio nell'oceano: Le minuscole gocce di pellicola trasportano sostanze chimiche pericolose dal petrolio, che possono essere inalati da persone e animali nelle regioni costiere. Così, questi umili, minuscole gocce hanno conseguenze enormi in molti processi cruciali per la vita.


fonte: http://news.mit.edu, di Jennifer Chu

Di Marie

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