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
Разработан экспресс-тест на гепатит С: готов за 15 минут
Учеными из американского Северо-Западного университета разработали тест на гепатит С с точностью в 100%. Авторы работы рассчитывают, что тест поможет большинству пациентов оперативно начать лечение, что позволит предупредить развитие цирроза…
Найден способ восстановления кровотока в мозге при деменции
Группой ученых из Университета Вермонта выявлен новый механизм развития деменции, который связан с нарушением мозгового кровотока. О деталях исследования рассказала публикация в sciencedaily.com. Новая работа показала, что дефицит фосфолипида PIP2…
В рисовых полях Вьетнама обнаружено множество древних артефактов
В центральной вьетнамской провинции Хатинь археологи обнаружили удивительное скопление древних артефактов под рисовыми полями в горной приграничной коммуне Сон Ким 2. Эти открытия, сделанные в районе Ланг Че после того,…
В Минобороны рассказали об отражении атаки Киева на резиденцию Путина в Новгородской области
Российские средства ПВО с 28 по 29 декабря отразили атаку Киева с использованием 91 ударного БПЛА на резиденцию президента РФ в Новгородской области. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В…
МО: за ночь над регионами России и Азовским морем сбили 89 украинских БПЛА
Российские силы ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ и Азовским морем 89 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. Там уточнили, что с 23:00…
Рабочие группы и территориальный вопрос. Итоги встречи президента Трампа и Зеленского
Встреча президента США Дональда Трампа с Владимиром Зеленским прошла в поместье американского лидера Мар-а-Лаго в окрестностях Уэст-Палм-Бич (штат Флорида). Трамп по итогам заявил, что территориальный вопрос является одним из остающихся…
Стратегический разворот Финляндии в Арктике: приоритет геополитики в ущерб регионам
Решение правительства Финляндии о выходе с 2026 года из Совета Баренцева / Евроарктического региона ...
«Принц» из богатой палеолитической могилы был растерзан медведем 27000 лет назад
Обитатель одного из самых роскошных палеолитических захоронений, когда-либо обнаруженных, возможно, ...
- Тебе, наверное, больше сорока?
- С чего ты взял?
- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.
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)".