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
На дне Тихого океана нашли десятки существ, ранее неизвестных науке
Команде международной научной экспедиции под руководством японских океанологов удалось обнаружить 38 ранее неизвестных видов морских организмов. Еще 28 форм жизни нуждаются в окончательной идентификации. О деталях проекта рассказал журнал Ecosphere.…
Анализ древней ДНК меняет историю ранних миграций в Тихом океане
Для биологов и археологов, изучающих заселение западной части Тихого океана, отдаленный архипелаг Палау долгое время представлял собой сложную загадку. Примерно 3200 лет назад мореплаватели Юго-Восточной Азии, известные как лапита, продвинулись…
Ученые придумали удивительное применение отходам арахисовой скорлупы
В результате мирового производства арахиса ежегодно образуется более 10 миллионов тонн отходов в виде выброшенной скорлупы, но теперь ученые открыли метод превращения этой биомассы в углеродные материалы, подобные графену. Результаты…
МО: за ночь над регионами России уничтожили 138 украинских БПЛА
Средства ПВО в течение прошедшей ночи уничтожили 138 украинских БПЛА над российскими регионами, а также Азовским и Черным морями. Об этом сообщили в Минобороны России. Мужчина погиб в результате атаки…
Хинштейн: ВСУ за сутки 33 раза обстреляли из артиллерии районы Курской области
Военнослужащие Вооруженных сил Украины 33 раза при помощи артиллерии атаковали отселенные районы Курской области за прошедшие сутки. Об этом сообщил губернатор региона Александр Хинштейн. "Всего в период с 09:00 [мск]…
Песков: трехсторонние переговоры по Украине поставлены на паузу
Работа трехсторонней рабочей группы по вопросам безопасности с участием РФ, США и Украины на паузе, сообщил пресс-секретарь президента РФ Дмитрий Песков. "Трехсторонняя группа — на паузе", - сказал Песков "Известиям".…
Стубб предложил Трампу разменять Ормузский пролив на Украину
Европа ответила на предложение Дональда Трампа о присоединении к защите Ормузского пролива. Президен...
На самых древних глиняных бусинах обнаружены 50 отпечатков пальцев
Международная группа археологов во главе с Лораном Давеном, научным сотрудником Института археологии...
Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!
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)".