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
Постоянные числа Вселенной: как математик из Индии разгадал тайну числа 6174
В 1949 году Даттатрея Рамачандра Капрекар обнаружил число, которое после простой игры в сортировку и вычитание всегда оказывается одним и тем же. История открытия, которая завораживает математиков и археологов чисел.…
CEE: Геологами обнаружена «кухня» золота в зонах высокого давления и температур
Геологам удалось обнаружить точные механизмы синтеза золота в глубоких слоях земной коры, а именно, в зонах повышенного давления. Итоги научной работы авторы представили в журнале CEE. Исследование 2026 года доказало,…
CRT: Назван «вечный химикат», вызывающий нарушения развития лица у плода
Перфтороктановую кислоту (ПФОК) — один из так называемых «вечных химикатов» - специалисты считают одной из причин нарушения развития лица у плода в период беременности. Таково заключение исследователей из университета штата…
МО: за ночь над регионами России сбили 73 украинских БПЛА
Силы противовоздушной обороны за 11 часов уничтожили 73 украинских беспилотника над регионами России и акваториями Азовского и Черного морей. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи (с…
Гладков: в Белгородской области при атаках ВСУ с начала года погибли 57 человек
Вооруженные силы Украины продолжают атаки на Белгородскую область, с начала года погибли 57 мирных жителей, еще 487 получили ранения. Об этом сообщил губернатор региона Вячеслав Гладков в своем Telegram-канале. "С…
Двухнедельное прекращение огня с перспективой сделки. О чем договорились Иран и США
Президент США Дональд Трамп объявил о двухнедельном прекращении огня с Ираном при условии открытия Ормузского пролива. При этом он выразил уверенность в том, что за отведенный срок стороны смогут согласовать…
Иран и США выбрали план победителя
«Персидский залив становится действительно персидским: Иран контролирует судоходство и держит под пр...
Ключевые океанические течения замедляются в районах Атлантического океана
Измерения с помощью буев показывают, что Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (АМО...
Март - блины, апрель - куличи, май - шашлыки... и куда, скажите, мне втиснуть эту вашу диету?!
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)".