Tanzende Magnete

  • 22. November 2016

Simulation könnte Magnetsinn von speziellen Bakterien erklären helfen.

Winzige magne­tische Partikel, die mit einem zusätz­lichen eigenen Antrieb ausgestattet sind, vollführen in einer Flüssig­keit hoch komplexe Bewegungs­muster. Physiker der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und des Argonne National Labo­ratory in den USA haben diese Unter­wassertänze von Mikro­magneten entdeckt und die Abhängig­keit ihrer Bewe­gungen von der Struktur, die die Teilchen in der Flüssig­keit einnehmen.

Abb.: Schnappschuss von einem „Watscheltanz“ nach der Fusion von zehn schwimmenden Mikromagneten. (Bild: A. Kaiser)

Abb.: Schnappschuss von einem „Watscheltanz“ nach der Fusion von zehn schwimmenden Mikromagneten. (Bild: A. Kaiser)

„Solche winzigen Mikro­magnete kommen sogar in der belebten Natur vor“, so Hartmut Löwen vom Institut für Theo­retische Physik II der HHU. Und zwar in magneto­taktischen Bakterien wie Magneto­spirillum gryphis­waldense oder Magneto­spirillum magneto­tacticum. Diese Bakterien besitzen spezielle magne­tische Zell­organellen, Magnetosome, mit deren Hilfe sie sich an Magnet­feldern wie dem der Erde orientieren.

Die Physiker haben winzige, kugel­förmige magne­tische Eisen­späne am Computer modelliert. Diese Späne besitzen einen Selbst­antrieb, so dass sie aktiv in einer Flüssig­keit schwimmen können. Somit kommt es zu einem Wettstreit zwischen der Schwimm­bewegung und der gegen­seitigen magne­tischen Anziehung. In den Computer­simulationen beobachten die Forscher zum einen, dass sich die Teilchen aufgrund ihrer magne­tischen Anziehung zu Clustern zusammen­lagern. Kugelförmige Späne bilden Ketten oder Ringe. Wenn sich solche Cluster mit­einander verbinden, beobachtet man komplexe Bewegungs­muster, sie führen quasi einen Unter­wassertanz auf.

„Unsere Ergebnisse zeigen, wie man das Schwimm­verhalten von Mikro­magneten steuern kann“, so Hartmut Löwen. Auch im Hinblick auf die winzigen Lebewesen bringen sie neue Erkennt­nisse: „Wir bekommen so Anhalts­punkte zum Verhalten und Orientierungs­vermögen der magneto­taktischen Bakterien“.

HHU / JOL

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