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
Ученые выяснили, почему в геологической летописи Земли есть гигантская дыра
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, связывает Великое несогласие — разрыв в геологической летописи, составляющий сотни миллионов лет (местами более миллиарда), — с континентами, которые медленно поднимались и опускались. По…
Ученые выяснили, как тот или иной вкус становится любимым
Медленный сигнал дофамина помогает мышам научиться отдавать предпочтение вкусам, связанным с калориями, что дает представление о том, как формируются пищевые предпочтения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature. Кофе может…
Анализ ДНК установил связь 7000-летней козьей кожи и современных иберийских коз
Археологи на юге Испании извлекли пригодную для анализа ДНК из фрагмента козьей кожи возрастом около 7000 лет. Работа, опубликованная в журнале PLOS One, была проведена под руководством Джолин Эрвен из…
МО: за ночь над регионами России сбили 142 БПЛА
Силы ПВО России за минувшую ночь перехватили и уничтожили 142 украинских беспилотника над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными силами ПВО перехвачены и…
Шуваев: за сутки в Белгородской области из-за атак ВСУ один человек погиб, трое получили ранения
Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области порядка 140 раз за прошедшие сутки. Погиб мирный житель, еще три человека получили ранения. Об этом сообщил губернатор региона Александр Шуваев в "Максе".…
Григорьев: общественный трибунал уже собрал более 1 тысячи фактов пыток в плену Украины
Международный общественный трибунал по военным преступлениям украинских националистов собрал более 1 тыс. свидетельств пыток и издевательств в украинском плену. Об этом заявил ТАСС председатель трибунала, член Общественной палаты РФ Максим…
Смена декораций в США надувает Британии щеки
Есть Запад, где все ходят строем и подчиняют свои интересы одному лидеру – Вашингтону. Но внутри это...
Ученые объяснили, почему птицы не замерзают, когда спят на улице зимой
Млекопитающие и птицы выработали множество различных способов выживания в долгие, суровые зимние ноч...
Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.
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)".