Ученые из разных стран изучают закономерности распространения бактерий в пространстве, чтобы анализировать и прогнозировать их поведение. Была даже предложена концепция «микробного интеллекта», которая рассматривает определенные аспекты адаптивного, альтруистического или кооперативного поведения групп микроорганизмов, то есть утверждает, что микромир, оказывается, способен к самоорганизации. Случайно распределенные бактерии со временем собираются в кластеры без явных известных – химических или световых – раздражителей. Мало того, спустя определенное время различные группы бактерий вступают во взаимодействие уже друг с другом.
Известно, что для выживания во враждебной среде бактерии выработали ряд адаптивных механизмов. Среди них хемотаксис – смещенное движение бактерий, когда они подвергаются воздействию химического раздражителя, и фототаксис – направленное движение микроорганизмов в ответ на воздействие света.
Модели хемотаксиса и фототаксиса в большинстве случаев являются сильно нелинейными и, как правило, не имеют общих решений, поэтому для изучения их динамического поведения нужно использовать методы математического моделирования и специальные методы построения аналитических решений, – рассказал заведующий кафедрой прикладной математики НИЯУ МИФИ Николай Кудряшов.
Николай Кудряшов совместно с сотрудниками своей кафедры прикладной математики НИЯУ МИФИ Александром Кутуковым и Софией Лавровой разработали математическую модель, которая описывает поведение бактериальных колоний с учетом дисперсионных и диссипативных процессов.
«Для этого мы применили новый подход построения точных решений обобщенной модели Чави-Вадди-Колокольникова. Суть нового метода заключается в использовании двух простых уравнений, которые позволяют искать уединенные и периодические решения. Для нашей математической модели мы взяли так называемый «белый шум» – хаотично распространенные в пространстве бактерии. И выяснилось, что они могут самоорганизовываться, собираясь со временем в кластеры. Уравнения также показали, что со временем эти образовавшиеся кластеры бактерий могут взаимодействовть уже друг с другом. Но для взаимного притягивания между ними не должно быть слишком большого расстояния – для любой бактерии или группы бактерий существует определенное критическое расстояние, превысив которое они теряют способность к самоорганизации», – пояснил ученый.
Новизна работы состоит в том, что ученым удалось получить зависимость стационарных (установившихся) состояний бактериальных колоний в виде аналитического выражения и подтвердить эти состояния с помощью численного моделирования. По словам Николая Кудряшова, микробиологи смогут воспользоваться результатами исследования при анализе результатов наблюдений за поведением бактериальных колоний.
«Но данные выводы не обязательно применимы только к бактериям. Это может вполне работать для птиц, для рыб, – для многих живых организмов, в том числе для человека. Только в случаях с более сложными видами в уравнение должны быть включены координаты и время», – отметил ученый.
Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда.
Справочно:
Кудряшов Николай Алексеевич – российский математик и физик-теоретик, доктор физико-математических наук, профессор. Заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат Государственной премии СССР, лауреат премии Правительства Российской Федерации в области образования. Заведующий кафедрой прикладной математики НИЯУ МИФИ.
Кутуков Александр Алексеевич – ассистент и младший научный сотрудник кафедры прикладной математики НИЯУ МИФИ, выпускник НИЯУ МИФИ, автор образовательной программы «Математические и компьютерные методы в научных исследованиях».
Лаврова София Федоровна – ассистент и младший научный сотрудник кафедры прикладной математики НИЯУ МИФИ, выпускник НИЯУ МИФИ.
Материал предоставлен пресс-службой НИЯУ МИФИ
Впервые за 25 лет гигантские кальмары обнаружены в неожиданных водах
Впервые за десятилетия гигантские кальмары были обнаружены в водах у побережья Западной Австралии, скрываясь в глубоководных каньонах восточной части Индийского океана. Однако эти загадочные существа остаются такими же неуловимыми, как…
В Греции найдены остатки оружейного производства эпохи после Александра Великого
Исследование показало, что металлургические шлаки, обнаруженные в древнем городе Палеополис, образовались в результате местной ковки железного оружия и инструментов во время войн диадохов. Группа исследователей сумела разгадать тайны, скрытые в…
Первый в мире ядерный взрыв выковал «невозможный» кристалл
Нам не всегда удаётся точно определить момент, когда мир меняется. Но когда 16 июля 1945 года в 5:29 утра в Нью-Мексико вспыхнул рассвет, это, без сомнения, стало поворотным моментом в…
МО: за ночь над регионами России сбили 286 украинских БПЛА
Средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили над российскими регионами, акваториями Азовского и Черного морей 286 украинских беспилотников, сообщили в Минобороны РФ. Обломки БПЛА упали на территории одного…
В Белгородской области за сутки от атак ВСУ пострадали четыре человека
Вооруженные силы Украины за минувшие сутки атаковали территорию 10 муниципальных округов Белгородской области, при ударах ранения получили четыре мирных жителя. Об этом сообщили в оперативном штабе региона. "В Шебекинском округе…
Хинштейн: Курскую область ВСУ обстреляли из артиллерии 119 раза за сутки, сбито 110 БПЛА
Вооруженные силы Украины (ВСУ) атаковали районы Курской области из артиллерии 119 раз за прошедшие сутки, над регионом сбито 110 беспилотников. Погибших нет, сообщил губернатор Александр Хинштейн. "Всего в период с…
Новая российская межконтинентальная баллистическая ракета обессмыслила американский «Золотой купол»
В России успешно испытано самое мощное в мире средство доставки ядерного оружия. Чем уникален и как ...
Редкий погребальный костер раскрывает доисторический ритуал кремации в Англии
Редкий погребальный костер в Сайзвелл-С дает археологам необычную возможность заглянуть в то, как др...
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".