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
PsyPost: Семь смертных грехов имеют биологические корни, утверждают учёные
Нейробиолог Эндрю Хуберман обсудил в подкасте Huberman Lab с профессором психологии Техасского университета в Остине Кэтрин Пейдж Харден биологические алгоритмы, что лежат в основе поведения человека. Основной темой было влияние…
Ученые установили точный возраст деревянного гроба «принцессы из Багича»
Новое исследование единственного сохранившегося деревянного саркофага римского железного века, захоронения принцессы Багич, разрешило спор о его возрасте и раскрыло новую информацию об усопшей. Результаты исследования опубликованы в журнале Archaeometry. Гроб…
Группа древних людей покинула Африку 100 000 лет назад, но позже исчезла
Все современные неафриканские популяции произошли от одной волны людей, покинувших континент предков от 70 000 до 50 000 лет назад, прежде чем расселиться по всему миру. Однако археологические данные свидетельствуют…
МО: за ночь над регионами России сбили 152 украинских беспилотника
Силы ПВО за ночь уничтожили и перехватили 152 украинских беспилотника над регионами России и акваторией Азовского моря, из них 35 - над Саратовской областью. Об этом сообщили в Минобороны РФ.…
Президент Путин поздравил россиян с Днем защитника Отечества
Президент России Владимир Путин выступил с видеообращением по случаю Дня защитника Отечества. "Уважаемые товарищи, друзья, сердечно поздравляю всех граждан России, ветеранов, личный состав и гражданский персонал Вооруженных сил с Днем…
Алаудинов рассказал о жестокости наемников из Грузии и Польши
Грузинские и польские наемники ВСУ отличились наибольшей жестокостью во время нападения на Курскую область. Об этом сообщил ТАСС замначальника Главного военно-политического управления ВС РФ, командир спецназа "Ахмат" МО РФ генерал-лейтенант…
Фридрих Мерц решил возглавить Европу военным путем
Канцлер Германии Фридрих Мерц сохранил пост председателя Христианско-демократического союза, получив...
Ожидание может значительно ускорить процесс обучения в мозге
Более века ученые считали, что механизм обучения — это повторение. Чем чаще подсказка и вознагражден...
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)".