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
Ученые обнаружили новый орган, спрятанный в черепе.
После столетий развития медицинской науки вполне логично предположить, что к настоящему времени мы располагаем полным списком всех органов человеческого тела. Но ученые продолжают открывать новые, работающие в фоновом режиме, выполняя…
Обнаружены закрученные магнитные поля, приводящие в движение струи протозвезд
Когда образуется новая звезда, вокруг неё формируется вращающийся диск из вещества, называемый аккреционным диском. Молодая звезда продолжает расти, притягивая вещество из этого диска. Но по мере того, как звёзды аккрецируют…
Древние «кости коровы» из Ирландии идентифицированы как останки медведя и кабана
Новое исследование опровергло давнее представление о том, когда земледелие появилось в Ирландии. Фрагменты костей из бухты Ферритерс, которые когда-то считались самыми ранними свидетельствами появления одомашненного скота, на самом деле принадлежали…
Удар по промышленному объекту в Перми и 325 БПЛА. Атака ВСУ на российские регионы
Российские средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ, а также над акваториями Черного и Азовского морей 325 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. Зафиксированы…
Задержание иностранного агента Украины и подготовка теракта в Подмосковье. Что известно
Сотрудники ФСБ задержали при попытке выезда в Норвегию иностранца, пытавшегося запустить на железнодорожном вокзале в Москве дрон для поиска цистерн с нефтепродуктами. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС)…
В Белгородской области два человека пострадали при атаках ВСУ
Вооруженные силы Украины с помощью дронов атаковали автобус и автомобиль в Белгородской области, пострадали двое мужчин. Об этом сообщили в оперштабе региона. "Три муниципалитета под ударами ВСУ. Пострадали два человека",…
Поляки кулаками перевоспитывают украинцев
«Конец солидарности». Так польские СМИ описывают всплеск насилия в отношении украинцев на территории...
Самая большая из известных галактик имеет размер 1,7 миллиона световых лет
Вселенная способна на невероятные выходки, особенно когда дело касается масштабов. От гигантских чер...
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)".