Из экспериментов хорошо известно, что на поверхности некоторых растительных организмов, обитающих в жидкой среде, например, зеленых водорослей вида Nitella и Chara, могут появляться пространственные структуры концентраций веществ и потенциала. Формирование структур и их количество зависит от таких факторов как интенсивность освещения, кислотность среды, наличие в среде двухвалентных катионов и т.п. Предполагается, что физиологическая роль такого структурообразования заключается в ускорении потоков неорганических веществ вдоль поверхности клеточной мембраны, приводящем к более интенсивной их ассимиляции, что в свою очередь активизирует фотосинтез и другие процессы на уровне целостного организма. Механизм образования структур на поверхности клеточной мембраны по-видимому связан с нелинейной организацией потоков ионов через мембрану. Экспериментально известно, что наибольший вклад в сумму всех потоков дают потоки НСО₃^--и ОН^--ионов.

Для изучения роли структур в жизнедеятельности растительных клеток была построена математическая модель ионных потоков через внешнюю мембрану клетки водоросли Сhara. Модель описывает потоки НСО₃^-- и ОН^--ионов через мембрану и образование электрического потенциала вдоль поверхности мембраны. Для построения модели использовались следующие положения, основанные на зкспериментальных данных. Предполагается, что за счет активного переноса ОН^--ионов процесс носит автокаталитический характер. Накопление ОН^--ионов с внешней стороны мембраны, начиная с некоторого значения величины рН, ингибирует перенос НСО₃^--ионов.

Математическая модель состоит из уравнений типа "реакция-диффузия" для отрицательных и положительных ионов, включающих члены для самосогласованного электрического поля и уравнения Пуассона для распределения потенциала вдоль клеточной поверхности. В численных экспериментах было показано, что при определенных параметрах в системе могут возникнуть структуры концентраций веществ и потенциала вдоль поверхности клеточной мембраны, что согласуется с экспериментальными данными.