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
Реконструкция лица жившей 45000 лет назад женщины показывает первых европейцев
Согласно новому анализу черепа возрастом 45 000 лет из Чехии, первые люди, поселившиеся в Европе после ухода из Африки, имели широкие носы и широкие лица. Женщина, чей череп исследовали ученые,…
Сканирование показывает, как отцовство кардинально меняет работу мозга
Женский мозг претерпевает глубокие изменения, подготавливая организм к родительству. Однако, несмотря на то, что мужскому мозгу никогда не приходится перестраиваться для беременности, новые данные свидетельствуют о том, что этот орган…
Спустя 1700 лет обнаружены скрытые в испанских Пиренеях римские золотые рудники
Почти две тысячи лет реки Пиренеев скрывали часть своего римского прошлого, оставаясь незамеченными. Золото перемещалось по этим горным водам в мельчайших крупинках, переносимое из древних месторождений на террасы, в ущелья…
Пожар на морском терминале и 140 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Силы ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили 140 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Обломки БПЛА упали на территории морского терминала в Туапсинском муниципальном округе.…
Попадание ракеты в здание банка. Последствия атаки ВСУ на Севастополь
Ракета попала в здание Южного управления Центрального банка в Севастополе. Загорелась крыша здания, в соседних домах от взрывной волны повреждения получили окна и балконы, сообщил губернатор города Михаил Развожаев. Кроме…
ФСБ: в Рязанской области задержан агент Киева за передачу данных об объектах МО
ФСБ России задержала в Рязанской области гражданина РФ, передававшего данные об объектах Министерства обороны, инфраструктуры транспорта, ОПК и ТЭК для военной разведки Украины. Как сообщили в Центре общественных связей (ЦОС)…
Отношения России с соседями ждут приливы и отливы
Отношения России с ее соседями – это волнообразный процесс. За откатами, которые мы видим сейчас, в ...
Эксперты рассказали, как возникли и эволюционировали клетки крови
Кровеносную систему имеют почти все животные, включая человека, но у разных видов история происхожде...
- Дорогая, только послушай, что пишут: "Ученые выяснили, что базовая температура тела у женщин постепенно растет в период с 18 до 42 лет. Причины этого явления пока изучаются".
- Дорогой, не доводи меня до кипения! Я тебе еще два часа назад сказала: пойди, вынеси мусор! А ты в интернете торчишь.
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)".