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
3600-летний город в Казахстане меняет представление о евразийской степи
Поселение площадью 140 гектаров, посвященное крупномасштабному производству оловянной бронзы, бросает вызов представлению о том, что степные общины были исключительно кочевыми, и демонстрирует сложную городскую и промышленную планировку 3500 лет назад.…
JMV: в крови переболевших COVID-19 обнаружены липкие микротромбы
У людей с выявленным постковидным синдромом в крови выявляют аномальные липкие «микротромбы», которые связаны с хронической усталостью, проблемами с вниманием и дыханием. Результаты исследования опубликованы в Journal of Medical Virology…
Богато украшенные средневековые копья найдены в польском озере
Подводные археологи из Университета Николая Коперника обнаружили в озере Ледница на западе Польши четыре исключительно хорошо сохранившихся средневековых копья, в том числе одно богато украшенное оружие, которое, возможно, принадлежало князю…
МО: за ночь над регионами России сбили 65 украинских БПЛА
Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над регионами России 65 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средства ПВО перехватили и уничтожили…
Житель ДНР пытался убить офицера ВС России британским пивом с ядом
Сотрудники ФСБ задержали жителя Донецкой Народной Республики, который пытался убить высокопоставленного российского военного, подарив ему две упаковки британского пива с британским боевым отравляющим веществом. Об этом сообщили в Центре общественных…
ФСБ: пресечена попытка поджога здания администрации города Великие Луки
Сотрудники правоохранительных органов пресекли попытку поджога здания администрации города Великие Луки коктейлем Молотова. В отношении жителя муниципалитета, который обвиняется в совершении этого преступления, возбуждено уголовное дело по статье о покушении…
США прямо толкают Южную Корею к войне с Россией
Американские военные прямо обозначили свои новые антироссийские планы, на этот раз не на западе, а к...
В Румынии обнаружены сотни костей динозавров возрастом 72 миллиона лет
Венгерско-румынская группа обнаружила в бассейне Хацег беспрецедентную концентрацию окаменелостей — ...
Севастополь - самый европейский из всех европейских городов. Именно здесь находятся английское, немецкое, французское, турецкое и даже итальянское кладбища, на которых покоятся те, кто когда-то усомнился в том, что Крым наш.
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)".