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
Золото с пиратского корабля раскрывает правду о чистоте африканского металла
В ходе нового исследования был проанализирован крупнейший из когда-либо обнаруженных в археологическом контексте с точной датировкой находок золота народа акан. Результаты противоречат колониальным хроникам, которые на протяжении веков обвиняли африканских…
Астрономы завершили создание самой большой в истории трехмерной карты Вселенной
После наблюдения за участком неба вблизи Полярной звезды прошлой ночью астрономы завершили создание самой большой карты Вселенной за всю историю. Карта, составленная за последние 5 лет с помощью спектроскопического прибора…
Астероид, разорванный Солнцем на части, может стать источником метеорного потока
Астрономы, использующие видеосети для наблюдения за небом, возможно, обнаружили признаки нового метеорного потока, вызванного астероидом, разорванным Солнцем. Результаты нового исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal. Каждый год наша планета…
МО: за ночь над регионами России сбили 62 украинских БПЛА
Силы ПВО за ночь сбили 62 украинских БПЛА над регионами России, в том числе Астраханской и Новгородской областями. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи в период…
Гладков: в Белгородской области при атаке дрона ВСУ на мотоцикл погиб водитель
Вооруженные силы Украины целенаправленно атаковали беспилотником мотоцикл в селе Ясные Зори Белгородского округа, погиб водитель. Об этом в Telegram-канале сообщил губернатор региона Вячеслав Гладков. "В результате террористического удара беспилотника ВСУ…
Розыск мужчины, стрелявшего по полицейским в Оренбургской области. Что известно
Розыск мужчины, открывшего в Оренбургской области стрельбу по полицейским, продолжается. Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе УМВД России по региону. Местные власти призвали граждан ограничить посещение территории четырех населенных пунктов,…
Выращенные англосаксами жабы съедят их же самих
Однажды прокси, выращенные для войны с кем-то, слетают с катушек, и все идет не по плану. Эту надпис...
Science: Комары в Исландии заставили учёных говорить о глобальной опасности
Исландия долго оставалась единственной арктической страной, где не водились комары. Но в 2025 году н...
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)".