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
Найден способ снижения повреждений сердца после инфаркта
Исследователями из Медицинской школы Йельского университета предложен метод снижения рисков повреждений сердечной мышцы, которые вызываются нейтрофилами во время инфаркта. Методика заключается в переводе этих иммунных клеток в «ночной режим». Результаты…
Огромная черная дыра может быть остатком зарождения Вселенной
Астрономов озадачила черная дыра массой около 50 миллионов масс Солнца, не имеющая звезд, обнаруженная космическим телескопом Джеймса Уэбба. Теперь моделирование предполагает, что это может быть первичная черная дыра, чего мы…
Названы 23 замечательных археологических открытия, сделанных в 2025 году
От изготовленного с высочайшей точностью молотка возрастом 9000 лет до свидетельств Троянской войны и многого другого. В числе самых захватывающих археологических находок года – нетронутая этрусская гробница, безупречные доспехи бронзового…
МО: за ночь над регионами России сбили 129 украинских БПЛА
Средства противовоздушной обороны России за ночь сбили 129 украинских беспилотников самолетного типа над регионами РФ. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В период с 23:00 мск 5 января до 07:00…
США хотят добиться движения своего флота по всему миру, заявил Хегсет
США намерены добиваться беспрепятственного прохода своего флота по всем основным водным артериям в мире, опираясь на модернизированные военно-морские силы, заявил глава Пентагона Пит Хегсет в понедельник. "При президенте (Дональде -…
От подростков до чиновников: названы самые громкие уголовные дела 2025 года
Аресты чиновников, отравление суррогатным алкоголем, нападения подростков на школы. Об уголовных делах, которыми запомнился 2025 год, — в материале ТАСС Аресты чиновников В минувшем году стало известно о нескольких громких…
Литва вступила в политически ужасный для себя 2026 год
«Наступивший год не сулит Литве ничего хорошего», – в интервью национальному радио заявил бывший мин...
Исследование долгожителей Бразилии раскрывает секреты продолжительности жизни
В статье, опубликованной в журнале Genomic Psychiatry Маяной Зац и ее коллегами из Центра исследован...
- 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)".