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
Ученые создали печенье из переработанного пластика
Пластиковые бутылки и сельскохозяйственные отходы можно переработать в съедобное печенье с помощью генетически модифицированных дрожжей. Члены команды, стоящей за этой инициативой, в настоящее время ожидают одобрения учреждения, чтобы попробовать продукт.…
Ученые обнаружили главный регулятор температуры Земли
Согласно новым исследованиям, скорость глобального потепления может определить, достигнет ли Атлантическая Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC) критической точки и произойдет ли ее коллапс. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Climate…
Ученые создали фиолетовую одежду, которая охлаждает, используя энергию космоса
Обычно ожидается, что материал более темного цвета будет хуже охлаждать, поскольку он должен поглощать больше света и, следовательно, сильнее нагреваться. Именно поэтому стены и крыши в жарких странах, как правило,…
МО: силы ПВО за ночь сбили 267 украинских БПЛА над регионами РФ
Средства ПВО за прошедшую ночь перехватили и уничтожили над регионами РФ, а также над акваториями Черного и Азовского морей 267 украинских беспилотников самолетного типа. Об этом сообщили в Минобороны России.…
НПЗ и логистические центры. Что известно об ударах ВС России по объектам на Украине
Российские войска в ходе массированного удара высокоточным оружием поразили объекты энергетики, обеспечивающие функционирование портов Украины в Одесской области. Об этом сообщили в Минобороны РФ. Были поражены металлургические комбинаты в Запорожье…
ВС РФ наступают, несмотря на попытки ВСУ удержать Донбасс. Заявления начальника Генштаба Герасимова
Начальник Генштаба ВС России Валерий Герасимов проверил ход выполнения боевых задач военнослужащими Южной группировки, заслушал доклад командующего и отметил ее достижения в освобождении ДНР. Об этом сообщили в Минобороны РФ.…
Швеция намерена радикально изменить методы шпионажа против России
Парламент Швеции одобрил создание Службы внешней разведки (UND). Новое ведомство приступит к работе ...
При недостатке фруктов капуцины охотятся на животных, подобно предкам человека
Полевое исследование, включающее более 5000 часов наблюдений, задокументировало 446 случаев поедания...
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)".