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
NatCom: В борьбе с диабетом найден неожиданный союзник – иммунные клетки жира
Исследователям Медицинского факультета Питтсбургского университета удалось обнаружить парадоксальный механизм, способный помочь в борьбе с инсулинорезистентностью и диабетом 2-го типа. Выяснилось, что базовая роль тут принадлежит особой популяции «полезных» иммунных клеток…
В Польше обнаружена гигантская «морская ящерица» размером с косатку
Палеонтологи идентифицировали останки крупного ихтиозавра, сопоставимого по размерам с современной косаткой, обнаруженные в фосфатном руднике в Аннополе на реке Висла в восточной Польше. Возраст окаменелостей оценивается примерно в 95 миллионов…
Розовые камни из Антарктиды привели к открытию огромной структуры подо льдом
Издалека Антарктида выглядит как чистый белый ледяной покров, но основные процессы происходят глубоко под поверхностью. Там лед соприкасается с горными породами, водой и осадочными породами. Эта зона контакта определяет скорость…
Богомаз: 15 февраля Брянская область пережила самую мощную атаку БПЛА
Брянская область 15 февраля пережила самую мощную и массированную атаку, такого количества беспилотников одновременно за сутки не запускали ни на один регион России. Об этом сообщил губернатор региона Александр Богомаз.…
За сутки ВСУ атаковали Белгородскую область с помощью более 80 БПЛА
Вооруженные силы Украины атаковали населенные пункты Белгородской области с помощью более 80 беспилотников и выпустили более 10 боеприпасов за минувшие сутки. Об этом сообщается в Telegram-канале оперштаба региона. "В Белгородском…
В КНДР построили улицу в честь участников боевых действий в Курской области
Строительство улицы Сэбёль ("Новая звезда") в честь героев-бойцов операции по освобождению Курской области от украинских боевиков завершилось в столице КНДР в районе Хвасон ("Марс"). В церемонии принял участие глава государства…
Японию все активнее готовят к войне с Россией и Китаем
Усиливающуюся реваншистскую риторику Токио поддерживают США, которые также де-факто не признают Кури...
Геоученые определили древние силы, стоящие за гравитационной дырой в Антарктиде
Новое исследование, проведенное геофизиками из Университета Флориды и Парижского института физики Зе...
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)".