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
Найденная в США сшитая шкура переписывает историю одежды ледникового периода
В пустыне центрального Орегона сделано замечательное открытие, меняющее наше понимание изобретательности ранних людей. Археологи обнаружили самый древний из известных образцов сшитой шкуры — небольшой фрагмент лосиной шкуры, тщательно сшитый скрученными…
В Италии раскапывают 1700-летний роскошный епископский дворец
Всего в нескольких сантиметрах под многовековыми сельскохозяйственными угодьями археологи обнаружили одно из самых впечатляющих открытий в раннехристианской археологии: монументальный церковный комплекс и роскошный епископский дворец, которым порядка 1700 лет. Эта…
В Турции обнаружен один из трех известных в мире древних речных портов
Археологи, работающие в историческом городе Трабзон на черноморском побережье Турции, обнаружили необычайную археологическую находку: древний речной порт, связанный с ручьем Кузгундере, который в настоящее время признан третьим известным речным портом…
МО: за ночь над регионами России сбили 106 украинских беспилотников
Силы ПВО за ночь сбили 106 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Два человека пострадали в результате атаки БПЛА на Мичуринск в Тамбовской области. Повреждения получили объекты…
ФСБ России: в Удмуртии предотвращен теракт в отделе полиции
Сотрудники ФСБ предотвратили теракт в отделе полиции в Удмуртии, задержан ранее судимый 57-летний россиянин. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России. "На территории Удмуртской Республики пресечена попытка…
Задержан заместитель губернатора Челябинской области Андрей Фалейчик
Сотрудники правоохранительных органов задержали заместителя губернатора Челябинской области Андрея Фалейчика. Расследование касается периода, когда он возглавлял Копейский городской округ, сообщил в своем Telegram-канале губернатор Алексей Текслер. "Сегодня утром задержан заместитель…
Европа надорвалась в стараниях превзойти США по тратам на Зеленского
Еще год назад эксперты в России и на Западе полагали, что Европа не сумеет восполнить вакуум в украи...
У вымерших гавайских ибисов были необычно маленькие глаза и плохое зрение
Аптерибис, вымерший вид ибисов, некогда обитавший на Гавайских островах, занимал нишу, схожую с нише...
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)".