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
Почему мы злимся, когда голодные, показало исследование
Исследователям удалось прийти к пересмотру привычного объяснения «злости от голода». Оказалось, что «виновник» - не столько снижение сахара в крови, сколько деятельность мозга, осознающего и интерпретирующего сигналы голода. К эксперименту…
Обнаружена планета Татуин, вращающаяся вокруг звёздной системы с двумя Солнцами
Группа астрономов из Северо-Западного университета смогла получить прямое изображение экзопланеты, вращающейся вокруг двойной звездной системы, — открытие чрезвычайной редкости, которое бросает вызов существующим представлениям о динамике таких систем. Планета, масса…
JCI: Популярные препараты могут вызывать боли в мышцах
Группа ученых из Колумбийского университета обнаружила, что статины порой становятся источником боли в мышцах из-за попадания кальция в клетки. Результаты исследования обнародованы в Journal of Clinical Investigation (JCI). Статины часто…
МО: за ночь над регионами России уничтожили 94 украинских БПЛА
Российские средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили 94 украинских БПЛА над регионами России и акваториями Азовского и Черного морей. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение…
Верховный суд России обобщит практику пересмотра сделок с недвижимостью с учетом «дела Долиной»
Верховный суд РФ по поручению его председателя Игоря Краснова готовит обзор практики по пересмотру сделок с недвижимостью с учетом вердикта по иску Полины Лурье к Ларисе Долиной. Об этом сообщили…
В Сочи задержали отца и дочь, собиравших данные о ВС России и планировавших уехать воевать за Украину
Российские и абхазские силовики задержали в Сочи отца и дочь, собиравших информацию о ВС РФ и планировавших уехать воевать за Украину, сообщает ЦОС ФСБ. "Федеральной службой безопасности Российской Федерации совместно…
Элиты Евросоюза старательно имитируют войну с Россией
В Европе постановка индивидуального разума каждой из стран под контроль коллективного интереса ведет...
Древние роющие пчелы устраивали свои гнезда в зубах и позвонках мертвых грызунов
Согласно новому исследованию ископаемых, более 5000 лет назад роющие пчелы устраивали свои жилища вн...
- 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)".