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
Мозг в основном полагается на бедра для точной оценки размеров женского тела
Когда люди оценивают физические размеры другого человека, им не нужно осматривать всё тело целиком, чтобы сделать точную оценку. Новое исследование показывает, что люди в значительной степени полагаются на определённые сочетания…
Nature: Африка расколется быстрее, чем считалось ранее
Африка может расколоться раньше, чем рассчитывали учёные. Хотя полностью данный процесс должен завершиться через несколько миллионов лет. Таков вывод геологов из Колумбийского университета, исследовавших Восточноафриканскую рифтовую систему. Результатами работы авторы…
Создано эффективное натуральное средство от комаров
Натуральный препарат с маслом пачули оказался не менее действенным, чем искусственные репелленты. Тесты показали: защита сохраняется до трех часов при малой концентрации активного вещества. Люди часто используют репелленты, особенно, при…
В России отмечается День Победы в Великой Отечественной войне
Праздничные мероприятия и торжества в честь 81-й годовщины Победы в Великой Отечественной войне пройдут в регионах и городах России. Главным событием станет парад Победы на Красной площади. Президент России Владимир…
Более 1 тысячи участников СВО и военнослужащие КНДР. Парад Победы на Красной площади
Парад в ознаменование 81-летия Победы в Великой Отечественной войне состоялся на Красной площади. В 2026 году на нем не была представлена военная техника, но впервые принял участие расчет военнослужащих КНДР,…
Речь президента Путина на параде в честь 81-летия Победы. Полный текст
Президент России Владимир Путин поздравил участников парада на Красной площади с 81-летием Победы в Великой Отечественной войне. ТАСС публикует полный текст поздравления президента, который также доступен на сайте Кремля. Дорогие…
Германия с радостью идет по пути Прибалтики
Ничего удивительного в запрете советской символики в Берлине на День Победы я не вижу – все развивае...
Суточный ритм может показать, насколько быстро стареет организм
Старение часто воспринимается как цифра на бумаге. Но наука постоянно показывает, что организм расск...
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)".