GEROMBOLAN ATAU PERILAKU KOLEKTIF

Tidak kelahiran tidak pula kematian menghentikan gerombolan organisme. Mereka terus bergerak, kata fisikawan teoritis John J. Toner dari Universitas Oregon. Pemikiran ini katanya, memiliki implikasi dalam biologi dan pada gilirannya memberikan bantuan terapi kanker jenis baru.

Gambaran scenario dimana organisme yang mendorong dirinya sendiri – hewan, burung, bakteri, molekul dalam sel, sel kanker, ikan, dan bahkan batang plastik kecil di atas meja yang bergetar – bergerak sebagai gerombolan dalam arah yang sama. Delapan belas tahun lalu, Toner dkk mengenmbangkan dua persamaan yang memberikan teori lengkap pengerumunan untuk gerombolan “abadi” – yaitu dimana anggotanya tidak dilahirkan dan mati saat bergerak. Sekarang ia mengembangkan karyanya untuk melibatkan dampak kelahiran dan kematian.

 Persamaan baru tentang deskripsi kerumunan ini sama lengkapnya dengan persamaan Navier-Stokes dalam dinamika fluida. Persamaan ini, dinamakan untuk fisikawan dan insinyur Prancis,  Claude-Louis Navier dan ilmuan Inggris,  George Gabriel Stokes berlaku sama dengan semua fluida: udara, air, madu, dan minyak dari bencana Teluk Meksiko semua dapat dijelaskannya. Semua perbedaan antara fluida yang sangat berbeda ini dapat dimasukkan ke dalam persamaan Navier-Stokes dengan mengubah nilai satu bilangan, yaitu viskositas. Nilai besar berarti fluida lebih kental, seperti madu dan minyak, sementara nilai kecil menunjukkan udara dan air.

 Persamaan Navier-Stokes telah berhasil dipakai selama lebih satu abad dalam desain pesawat, mobil, perpipaan, dan pembangkit listrik. Persamaan Toner begitu pula berlaku untuk semua kerumunan, dan mengandung beberapa bilangan yang harus ditala untuk mempertimbangkan perbedaan antar berbagai jenis gerombolan. Karya awalnya pada gerombolan abadi telah diterapkan pada perilaku gerombolan burung, khususnya studi pada burung jajak di Roma oleh   Andrea Cavagna dan Irene Giardina.

Dalam sebuah makalah baru — “Birth, Death, and Flight: A Theory of Malthusian Flocks,” diterbitkan tanggal 24 Februari dalam jurnal  Physical Review Letters – Toner menunjukkan kalau gerombolan bahkan lebih kaku terhadap kelahiran dan kematian. Temuannya, kata beliau, khususnya penting bagi banyak organisme yang menggerombol, khususnya bakteri, yang dapat mengandung jutaan individu yang terus mati dan hidup digantikan reproduksi yang lain seiring bergeraknya kerumunan.

“Sebuah gerombolan dapat terus bergerak pada arah yang sama dalam waktu lebih panjang dari usia hidup setiap anggota individual,” kata Toner, anggota dari Lembaga Sains Teoritis UO dan seorang professor di jurusan Fisika. “Individu dilahirkan dan mati namun arah dan gerakan dapat bertahan jauh lebih lama daripada usia setiap individu.”

Kedua, tambahnya, perubahan kepadatan “gerombolan fana” tersebut – dimana sebagian anggotanya pergi karena mati dan bergabung karena lahir – menciptakan gejolak berkelanjutan namun terprediksi. “Kelahiran dan kematian sangat penting dalam gerombolan biologis, seperti kerumunan bakteri atau dalam kumpulan molekul pendorong diri yang menggerombol dalam sebagian besar sel hidup.”

Pengetahuan baru dasar ini telah berlaku bagi pemahaman gerakan molekul dalam sel – khususnya, simpul mitotik yang meluncurkan permesinan perkembangan dan pembelahan sel, kata Toner. Pada simpul mitotik, molekul individual hidup hanya selama sekitar 20 menit, namun simpul hidup dan terus bekerja selama berhari-hari, katanya. “Gerakan ini terus berlangsung ketika molekul-molekul mati digantikan dengan molekul yang baru disintesis, begitu juga oleh molekul yang berimigrasi ke dalam untuk mengambil tempat kosong.”

 Lewat penerapan teori barunya pada studi simpul mitotik, kata Toner, mungkin untuk merancang terapi sel yang ditargetkan khusus yang, berbeda dengan kemoterapi saat ini, hanya akan membunuh sel menyimpang atau sakit, dan memperbolehkan sel yang sehat dan diinginkan untuk hidup. “Pada kenyataannya, penerapan demikian masih jauh dari mungkin,” kata Toner, yang penelitiannya didukung oleh   National Science Foundation.

“Studi ini menunjukkan kita bagaimana fisika dan matematika dasar berlaku untuk menjelaskan kemunculan sehari-hari di alam yang dapat memberikan penerapan medis yang menyelamatkan jiwa,” kata  Kimberly Andrews Espy, wakil presiden penelitian dan inovasi UO. “Penelitian mutakhir lain yang dilakukan di Universitas Oregon adalah contoh lain penyebaran penerapan dan manfaat potensial penelitian dasar tersebut dan janji yang diberikannya untuk mengalamatkan masalah hari ini dan masa depan.”

Bulan September, Toner akan berangkat untuk satu tahun penelitian lanjutan mengenai gerombolan, atau perilaku kolektif, di   IBM Yorktown Heights dan University of California, Berkeley, di bawah beasiswa dari Yayasan Simons New York City.

Sumber: Faktailmiah.com