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
Ученый Гвиннет предложил новую гипотезу причин гибели майя
Крах цивилизации майя случился в период с 750 по 1000 год нашей эры. До сих пор это одна из самых обсуждаемых загадок истории. Территория обитания народности – это современные Белиз,…
Братское захоронение раскрывает, как пандемия уничтожила город 1500 лет назад
Недавно обнаруженное массовое захоронение в древнем городе Джераш в Иордании дает пугающее представление об одной из первых зарегистрированных пандемий в истории. Сотни жертв чумы были похоронены в течение нескольких дней,…
NatNeuro: Озвучен фактор стремительной потери памяти при болезни Альцгеймера
Команда ученых из Калифорнийского университета в Ирвайне выяснила, что дефицит дофамина крайне важен в механизме снижения качества памяти при болезни Альцгеймера. Результаты исследования авторы опубликовали в журнале Nature Neuroscience (NatNeuro).…
МО: за ночь над регионами России сбили 141 украинский БПЛА
Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над регионами РФ 141 украинский БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи в период с 20:00 мск 30…
Гладков: в Белгородской области при атаке ВСУ на мотоцикл погибли два подростка
Беспилотник ВСУ атаковал мотоцикл с двумя молодыми людьми 15 и 18 лет в Белгородской области, они погибли. Об этом сообщил глава региона Вячеслав Гладков. "Трагедия в Волоконовском округе. Беспилотник ВСУ…
Какие законы вступают в силу в мае 2026 года
Расширение поддержки многодетных семей, новые меры поддержки участников специальной военной операции и их близких и другие законы мая — в материале. 25 апреля Льготы при поступлении в вузы для супругов…
Британия сколачивает военно-морской альянс против России
Британия продолжает формировать балто-скандинавский кулак против России. Лондон и еще девять стран Е...
Инфразвук может вызывать ощущение паранормального присутствия
Учеными из Университета Макьюэна в тандеме с коллегами из Университета Альберты представлены убедите...
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)".