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
Подтверждена личность убитого в 1272 году герцога из Арпадов и Рюриковичей
Международный проект, возглавляемый венгерскими исследователями, успешно идентифицировал останки герцога Белы, бана Маччо, представителя династий Арпадов и Рюриковичей. Расследования дали ответ на вековой археологический вопрос. В ходе исследования, координируемого Тамашем Хайду…
Ученые считают, что инопланетные зонды уже скрываются в нашей Солнечной системе
В 1949 году знаменитый математик и физик Джон фон Нейман выступил с серией лекций в Иллинойсском университете, где он представил концепцию «универсального конструктора». Теория была более подробно изложена в книге…
Теорию о Вселенной как симуляции опровергли с помощью математики
Группе специалистов Университета Британской Колумбии удалось математически опровергнуть популярную гипотезу о том, что Вселенная является компьютерной симуляцией, созданной развитой цивилизацией. Материалами исследования поделилось издание Holography Applications in Physics. Ряд учёных…
МО: за ночь над регионами России сбили 79 украинских БПЛА
Российские средства ПВО перехватили и уничтожили за ночь над регионами РФ 79 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. В ведомстве уточнили, что в течение прошедшей ночи дежурные средства…
Бусаргин: в Саратове при атаке БПЛА травмы получили два человека
Два человека получили травмы средней степени тяжести в результате атаки БПЛА на Саратов. Об этом сообщил губернатор региона Роман Бусаргин в своем Telegram-канале. "Два человека получили травмы средней степени тяжести.…
В Тульской области обрушился подъезд многоквартирного дома
Три человека пострадали в результате взрыва газа в многоквартирном доме в поселке Куркино Тульской области, все они были госпитализированы, сообщил губернатор Дмитрий Миляев. Ранее Миляев сообщил о взрыве бытового газа…
США начинают выкачивать деньги теперь и из Средней Азии
Президент Соединенных Штатов впервые встретился одновременно с пятью главами государств Средней Азии...
Обнаруженное в Венгрии здание раскрывает тайну смерти императора Валентиниана I
Группа венгерских археологов полагает, что им удалось найти место на границе Дуная, где в 375 году н...
Севастополь - самый европейский из всех европейских городов. Именно здесь находятся английское, немецкое, французское, турецкое и даже итальянское кладбища, на которых покоятся те, кто когда-то усомнился в том, что Крым наш.
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)".