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
Один из самых мощных вулканов на Земле спокойно пополняется магмой
Примерно 7300 лет назад вулкан у берегов японского острова Кюсю произвел то, что до сих пор остается крупнейшим известным извержением голоцена, нашей нынешней геологической эпохи. В новом исследовании ученые показали,…
Древние люди уже 220000 лет назад имели в Южной Африке стационарные каменоломни
Международная исследовательская группа под руководством Тюбингенского университета задокументировала на стоянке Джоджоси на востоке Южной Африки, что группы людей среднего палеолита целенаправленно и неоднократно добывали камни в специально выбранных для этой…
Ключевые океанические течения замедляются в районах Атлантического океана
Измерения с помощью буев показывают, что Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (АМОК), которая смягчает климат Европы, ослабевает на четырех разных широтах, что является самым убедительным на сегодняшний день свидетельством замедления этой…
МО: за ночь над регионами России сбили 151 украинский БПЛА
Силы ПВО за ночь сбили 151 украинский БПЛА над регионами России, заявили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о последствиях ночной атаки беспилотников. Масштаб В течение прошедшей ночи дежурные средства…
Хинштейн: ВСУ атаковали из артиллерии приграничье Курской области 25 раз за сутки
В Курской области 32 беспилотника ВСУ сбиты за прошедшие сутки, 25 раз украинские войска обстреляли из артиллерии отселенные районы региона. Погибших и пострадавших нет, сообщил губернатор региона Александр Хинштейн. "Всего…
ЦБ отозвал лицензию у «Банка РМП» из-за нарушений законодательства
Банк России отозвал лицензию на осуществление банковских операций у "Банка РМП" ("Банк развития и модернизации промышленности") из-за нарушений требований законодательства в сфере противодействия легализации доходов, полученных преступным путем, сообщили в…
Литва наказана за враждебную ставку против Китая
«C этим выбором литовцы по-крупному сели в лужу». Такими словами политологи комментируют громкие зая...
Исчезновение мегатравоядных в палеолите повлекло миниатюризацию орудий труда
Исследование показало, что технологический переход 200 000 лет назад на Ближнем Востоке был связан с...
Март - блины, апрель - куличи, май - шашлыки... и куда, скажите, мне втиснуть эту вашу диету?!
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)".