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
Nature: Впервые оживлён мозг после заморозки
Результатом нового эксперимента стала реализация задачи, долгие годы считавшейся практически фантастической. Осуществлена успешная разморозка ткани мозга после длительного криохранения. Как это стало возможным и какие перспективы сулит криоконсервации, рассказала публикация…
В Эфиопии найдены окаменелости крокодила, охотившегося на сородичей Люси
Палеонтологи, анализирующие окаменелости из Эфиопии, описали ранее неизвестный вид крокодилов, обитавший на одной территории с видом гоминидов, называемым Australopithecus afarensis. Этот грозный хищник, получивший название Crocodylus lucivenator, возможно, выслеживал Australopithecus…
В космосе произошел взрыв, длившийся семь часов и не поддающийся объяснению
Гамма-всплески — это самые мощные взрывы во Вселенной. За доли секунды они могут высвободить больше энергии, чем Солнце за всю свою десятимиллиардную жизнь. Большинство из них заканчиваются раньше, чем вы…
МО: за ночь над регионами России сбили 206 украинских БПЛА
Силы ПВО сбили за ночь 206 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. В результате атаки БПЛА на город Корочу Белгородской области пострадали пять человек. ТАСС собрал основное…
Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли 37 жителей России
Почти 40 мирных жителей субъектов РФ на минувшей неделе погибли при ударах Вооруженных сил Украины, более 200 человек, в том числе 6 детей, получили ранения. Как сообщил ТАСС посол по…
За сутки ВСУ атаковали Белгородскую область с помощью более 105 БПЛА
Вооруженные силы Украины атаковали населенные пункты Белгородской области с помощью более 105 беспилотников и выпустили более 15 боеприпасов за минувшие сутки. Об этом сообщили в Telegram-канале оперштаба региона. "В Корочанском…
Зеленский сделал Трампу унизительное предложение
Президент США Дональд Трамп зовет своих западных союзников на помощь в противостоянии с Ираном – но ...
Новое исследование осложняет поиски инопланетного кислорода
Кислород до сих пор был самым важным газом в наших поисках жизни в космосе. На Земле он в изобилии, ...
Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!
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)".