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
Nature: Впервые оживлён мозг после заморозки
Результатом нового эксперимента стала реализация задачи, долгие годы считавшейся практически фантастической. Осуществлена успешная разморозка ткани мозга после длительного криохранения. Как это стало возможным и какие перспективы сулит криоконсервации, рассказала публикация…
Мы их недооцениваем: обнаружилось, что растения могут считать дни
Биологами из Колледжа Вильгельма и Марии (США) проведён необычный эксперимент с мимозой стыдливой. Он позволил сделать вывод, что растения умеют различать число прожитых световых дней. Результатами исследования авторы поделились в…
Археологи нашли 2000-летнюю пулю от пращи с саркастическим посланием врагу
Удивительная археологическая находка недалеко от Галилейского моря показала, что психологическая война на поле боя была гораздо древнее, чем считалось ранее. Исследователи обнаружили пулю от пращи возрастом 2000 лет с выгравированным…
МО: за ночь над регионами России сбили 85 украинских БПЛА
Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над российскими регионами 85 украинских беспилотников, сообщили в Минобороны РФ. Один человек погиб в результате атаки БПЛА на Краснодар. ТАСС собрал основное о…
За сутки Белгородскую область атаковали более 80 беспилотников ВСУ
Вооруженные силы Украины с помощью более 80 беспилотников атаковали территорию Белгородской области за минувшие сутки. Об этом сообщили в Telegram-канале оперштаба региона. "В Грайворонском округе по городу Грайворон, селам Головчино,…
Украина применила более 500 ракет ATACMS, Storm Shadow и SCALP с начала СВО
Украинские войска с начала специальной военной операции более 500 раз применили баллистические ракеты ATACMS, крылатые ракеты Storm Shadow и SCALP, следует из подсчетов ТАСС. Согласно данным Минобороны РФ об ударах…
Референдум о сохранении СССР в итоге привел страну к распаду
Историю последних лет существования СССР будет трудно рассказывать детям. Она полна таких удивительн...
Ученые выяснили, как высвободить энергию океанских волн
В океанских волнах заключено огромное количество чистой энергии, если бы только мы смогли найти спос...
Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!
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)".