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
Conversation: Предложен простой способ ускорить восстановление после инсульта
После инсульта люди часто страдают от длительных нарушений движений рук. При этом поражаются не только «основная» конечность, но и «менее пострадавшая» рука тоже начинает работать хуже. Новое исследование показывает, что…
Морские крокодилы достигли Сейшельских островов, но пришли люди и истребили их
Новые исследования ДНК подтверждают, что морские крокодилы когда-то занимали огромную территорию, простиравшуюся от Индийского океана до Сейшельских островов. Вымершая популяция крокодилов на Сейшельских островах, архипелаге в западной части Индийского океана,…
Мрачный иберийский ритуал обезглавливания практиковался обширнее, чем считалось
В ходе междисциплинарного исследования, проведенного Автономным университетом Барселоны, впервые на основе прямых материальных свидетельств удалось проследить распространение практики ритуала обезглавливания дальше на юг, чем это было задокументировано ранее, расширив известные…
МО: за ночь над регионами России сбили 22 украинских беспилотника
Силы ПВО за ночь сбили 22 украинских беспилотника над регионами России и Черным морем. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурные средства ПВО перехватили и уничтожили…
Хинштейн: артиллерия ВСУ за сутки 23 раза атаковала приграничье Курской области
Вооруженные силы Украины 23 раза применили артиллерию по отселённым районам Курской области за прошедшие сутки, 28 беспилотников сбиты в регионе. Об этом сообщил губернатор Александр Хинштейн. "Всего в период с…
ФСБ России: задержаны исполнитель и пособник покушения на генерала Алексеева
ФСБ России сообщила о задержании предполагаемого пособника и непосредственного исполнителя покушения на генерал-лейтенанта Владимира Алексеева. Еще одна предполагаемая пособница выехала на Украину, сообщили ТАСС в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ…
Ненависть к России вызвала в Эстонии кризис
Президент Эстонии Алан Карис внезапно высказался за переговоры с Россией – и тут же из-за этого подв...
Археологи обнаружили камни, относящиеся к древней китайской игре
Более тысячи лет назад в земле были обнаружены фишки из древней китайской настольной игры «Го». Анал...
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)".