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
Новый вид моллюсков "Чудо человечное" открыт российскими зоологами
Российским зоологам удалось открыть новый вид безраковинных моллюсков, которому дали громкое название "Чудо человечное". Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе МГУ имени М. В. Ломоносова. Имя Chudo humanistica - "Чудо…
Впервые найдена причина частого побочного эффекта статинов
Около 10% людей, которые принимают статины для снижения уровня холестерина, говорят о возникновении боли в мышцах, слабости и быстрой утомляемости. Работу, посвящённую этой проблеме, опубликовали в издании Journal of Clinical…
FEE: Выявлен очередной неожиданный факт о кошках
Группой сотрудников Венского университета обнаружена неожиданная особенность обмена веществ домашних кошек. Изотопный состав шерсти аналогичен существам, питающимся растительной пищей, хотя на деле они остаются хищниками. Работу опубликовали в журнале Frontiers…
МО: за ночь над регионами России и Черным морем сбили 38 украинских БПЛА
Силы ПВО сбили 38 украинских беспилотников над Белгородской, Брянской, Липецкой областями и Черным морем за ночь, сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены…
За сутки артиллерия ВСУ 20 раз атаковала Курскую область
Вооруженные силы Украины 20 раз применили артиллерию по отселенным районам Курской области за прошедшие сутки, 23 беспилотника сбиты в регионе. Об этом сообщил губернатор Александр Хинштейн. "Всего в период с…
ФСБ: жителя Хабаровского края задержали за шпионаж для Украины
Сотрудники ФСБ задержали по подозрению в шпионаже в пользу Украины 48-летнего жителя Хабаровского края, собиравшего данные об участниках СВО и защищенности воинских частей в регионе. Об этом сообщили в Центре…
Россия ответит на военную угрозу Швеции и Финляндии
Вместо заявлений о «гипотетической угрозе» со стороны России в Финляндии и Швеции теперь говорят о п...
Не весь лед, выходящий из межзвездной кометы 3I/ATLAS, имеет одинаковую форму
В последние несколько недель новый анализ межзвездной кометы 3I/ATLAS выявил изменения, которые она ...
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)".