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
Сердце Млечного Пути окружено турбулентной газовой сетью длиной 650 световых лет
Наиболее интенсивное исследование Центральной молекулярной зоны (ЦМЗ) в ядре Млечного пути позволило выявить формы, вылепленные этой интенсивной средой из исходного материала для звезд. Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики известна…
В глубине мексиканской пещерной системы обнаружен скелет возрастом 8000 лет
Скелет возрастом 8000 лет, обнаруженный глубоко в затопленной пещерной системе на карибском побережье Мексики, проливает новый свет на доисторических обитателей полуострова Юкатан. Останки, найденные группой археологов-дайверов, предположительно представляют собой преднамеренное…
Озвучена неожиданная гипотеза низкого либидо у женщин
Долгое время было принято считать, что различия в сексуальном темпераменте между полами заложены природой, через тестостерон, эволюцию и инстинкты. Канадскими психологами из Университета Торонто предложено новое объяснение разнице в либидо.…
МО: за ночь над регионами России сбили 76 украинских БПЛА
Силы ПВО за ночь сбили 76 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Три человека пострадали при атаке БПЛА на Саратовскую область. ТАСС собрал основное о последствиях. Масштаб…
Хинштейн: ВСУ за сутки 87 раз обстреляли из артиллерии курское приграничье
Вооруженные силы Украины атаковали с помощью 63 беспилотников различного типа территорию Курской области за прошедшие сутки, 87 раз применили артиллерию по отселенным районам. Об этом сообщил губернатор Александр Хинштейн. "Всего…
Россия может уйти с европейского рынка. Ситуация вокруг поставок энергоносителей в Евросоюз
Россия с учетом намерения ЕС отказаться полностью от ее газа может досрочно сама инициировать уход с европейского рынка и переориентироваться на более интересных покупателей, заявил президент Владимир Путин журналисту "Вестей"…
Кто последний в очереди в никем не контролируемый «ядерный клуб»
О собственном ядерном оружии открыто говорят Польша, Турция и даже Эстония. Другие страны не говорят...
Неолитические охотники-собиратели готовили сложные блюда из рыбы и растений
Исследование, опубликованное в журнале PLOS One, показывает, что неолитические общины охотников-соби...
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)".