Нека помислим какво се случва, когато стъпим върху нещо. Всеки път, когато бутате или дърпате предмет, вие упражнявате сила върху него. Какво ще се случи след това зависи от това колко голяма сила упражнявате и от свойствата на обекта.

Силата, която упражнява вашият крак, идва главно от телесното ви тегло. Също така важна е областта, върху която тази сила се разпределя. В случая, това е големината на крака, който създава натиска. Това е много важна подробност – затова можете да ходите по сняг със снегоходки, но бихте потънали с обикновени обувки.

Можете да изчислите натиска или налягането, като разделите теглото на даден обект на неговата площ. Ако вашият крак е приблизително правоъгълник с дължина 24 см и ширина 10 см, то площта му е 240 квадратни см. И ако теглото ви е 80 килограма, силата, която упражнявате е приблизително 330 грама на квадратен сантиметър.

За сравнение, налягането на въздуха или атмосферното налягане върху тялото ви на морското равнище е три пъти по-голямо (1 кг на квадратен сантиметър). Атмосферата упражнява значително по-голям натиск върху вас, отколкото стъпката ви върху земята – просто не го усещате, защото се балансира от вътрешното налягане на въздуха в тялото ви.

Настъпване на бактерия

Сега какво се случва с бактерията, когато приложите силата на стъпката си върху нея?

Бактериите имат различни форми, вариращи от сфери до пръчици и спирали. Бактериалните клетки имат стени, които предпазват техните гелообразни вътрешности от околната среда. Колко силна е бактериалната клетъчна стена и може ли да издържи на силата на вашите стъпки?

Учените са изследвали здравината на бактериалните клетъчни стени по няколко причини, включително за да разберат колко високо налягане може да убие бактериите. Хората в хранително-вкусовата промишленост използват високо налягане, за да направят храни като млякото безопасни за консумация.

За да определят издръжливостта на бактериалните клетъчни стени, изследователите използват различни инструменти за измерване на максималното налягане, на което един обект може да издържи, преди да се счупи. Това може да стане например, като ги поставите в затворен съд и бързо намалите налягането, докато експлодират.

Проучване от 1985 г. установява, че ще са необходими близо 105 кг на квадратен сантиметър, за да може бактерията Salmonella да избухне, а по-късни експерименти показват, че ще са необходими 134 кг на квадратен сантиметър, за да избухне обикновената почвена бактерия Bacillus subtilis. Това е 300 до 400 пъти по-голям натиск, отколкото вашата маратонка ще има върху тротоара и микробите, които лежат на него.

За да разберете тези числа по различен начин, представете си бактерия, достатъчно голяма, за да стои човек върху нея. Ако имаше същата здравина на клетъчната стена като Salmonella, тя би издържала повече от 350 души, стоящи върху нея едновременно.

_{Електронна микрография на Salmonella Typhimurium (в червено).}

Става ясно, че бактериалните клетъчни стени са много здрави. Но има допълнително усложнение, което прави още по-трудно смачкването на бактериите: те са невероятно малки. Средно голяма бактерия е с размер само около 1 до 5 микрона. За сравнение, върхът на обикновена карфица е с диаметър около 130 микрона.

Повърхността на кожата ви има фини бразди, които са средно няколко десетки микрона дълбоки. Подметките на обувките ви също имат канали, които са много по-дълбоки от тези в кожата ви. В резултат на това, независимо дали стъпвате върху бактерии с боси крака или с обувки, повечето от микробите ще се плъзнат в един от тези канали и ще избягат от пълния натиск, който упражнявате върху земята.

Стоене на карфица

Как можете да увеличите натиска, който краката ви оказват върху бактериална клетка, за да я смачкате?

Един теоретичен начин би бил да смените долната част на обувките си от плоска на много заострена част, голяма колкото върха на карфица. Въпреки че ходенето с тези обувки би било невъзможно, човек с тегло 50 килограма би упражнил натиск от около 860 тона на квадратен сантиметър. Това е достатъчно, за да унищожи всички известни бактерии.

Докато хората всъщност не могат да направят това, се оказва, че някои насекоми могат. Крилата на цикадите имат малки молекулярни структури, които приличат на игли. Тези игловидни структури са с размер няколко нанометра, хиляди пъти по-малки от повечето бактерии и се наричат нанопръчки.

Когато една бактерия кацне на повърхността на крилото на цикадата, тя произвежда специални химикали, които й помагат да се залепи за повърхността. Когато бактерията започне да се размножава чрез делене, тя произвежда малки сили, които позволяват на новите клетки да се отделят една от друга. Тези малки сили са достатъчни за пробиване на бактериите, когато клетките се натиснат върху нанопръчките на крилото на цикадата.

Цикадите, водните кончета и много други летящи насекоми имат подобни повърхности на крилата, които са смъртоносни за бактериите. Биоинженерите се вдъхновяват от природата и се опитват да направят повърхности с иглоподобни структури, които да могат да убиват бактериите по подобен начин.