ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯПРОЦЕССОВ САМООРГАНИЗАЦИИ В БАКТЕРИАЛЬНЫХ ПОПУЛЯЦИЯХ
Цыганов М. А., Медвинский А. Б., Крестьева И. Б., Асланиди Г. В., Шахбазян В. Ю., Иваницкий Г. Р.
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино
В настоящей работе исследуются
популяционные волны, формируемые бактериями, устойчивые и неустойчивые
режимы их распространения, взаимодействия. а также процессы структурообразования
в данной системе. Для устойчивых режимов характерна постоянная
скорость распространения хемотаксисных колец. В зависимости от
скорости распространения наблюдаются три различных режима взаимодействия
таких волн, в том числе и солитоноподобный. Результатом взаимодействия
устойчивых волн является формирование симметричных структур. Математическая
модель для данных процессов представляет собой систему дифференциальных
уравнений, описывающих способность микроорганизмов накапливаться
в области более высокой концентрации того или иного аттрактанта.
Теоретически и экспериментально показана независимость индукции
процесса формирования второй популяционной волны от состояния
бактерий в центре их инокуляции. Для неустойчивого режима распространения
характерно формирование "выброса" непосредственно перед
кольцом хемотаксиса. Показано, что средняя длина составляющих
только что сформированный выброс клеток больше, чем в исходной
популяции. На основе микроскопических исследований предложен механизм
формирования бактериальных фрактальных структур, а именно: фрактальный
рост бактериальной популяции может рассматриваться, как ветвящаяся
система микровыбросов. В численных экспериментах на математической
модели типа "клеточный автомат" воспроизведены образование
и рост фракталоподобных структур по предложенному механизму. Работа
выполнена при поддержке РФФИ.