html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Математики смоделировали трехмерное движение нематод

Texas Tech University

Американские ученые разработали математическую модель для описания трехмерного движения нематоды. С помощью предложенной модели удалось количественно описать особенности перемещения червя в объеме, например во время плавания, и показать, что основная отличительная особенность этого типа движения — периодическая смена направления за счет резкого разворота тела относительно своей оси, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Нематоды вида Caenorhabditis elegans — первый многоклеточный организм, чей геном был полностью секвенирован и для которого была построена полная карта нейронных связей. Поэтому этот круглый червь часто используется в качестве модельного объекта при изучении генетики и нейробиологических процессов. Например, с помощью изучения движения нематоды можно детально изучить, как происходит управление мышцами с помощью нейронов и как на этот процесс влияют генетические мутации, те или иные химические вещества или особенности среды. Перемещается нематода, извиваясь в пространстве, причем движение может проходить как по поверхности, так и в жидкости, не ограниченной стенками, то есть в трех измерениях.

Перемещение нематоды Caenorhabditis elegans по поверхности

Wikimedia commons

Однако из-за того, что в лабораторных условиях нематода обычно находится на плоской гелевой поверхности, хорошо изученным до сегодняшнего дня оставалось лишь ее двумерное переползание. При этом трехмерное перемещение червя, в частности его свободное плавание в объеме, количественно практически не исследовалось.

Чтобы устранить этот пробел, группа американских математиков под руководством Ежи Блявдзевича (Jerzy Blawzdziewicz) из Техасского технологического университета предложила для описания трехмерного движения нематоды Caenorhabditis elegans математическую модель, которая описывает плавание червя с учетом возможной смены направления движения в пространстве. Как плоское движение, трехмерное перемещение нематоды осуществляется за счет петлеобразного движения тела, при котором тело двигается вперед, извиваясь в пространстве. Однако для движения червя в объеме характерны две отличительные черты. Во-первых, длина петель больше по отношению к длине всего тела червя: то есть, если при переползании тело практически всегда изгибается дважды по своей длине, то при плавании все тело нематоды обычно изгибается единственный раз. Во-вторых, для трехмерного движения свойственны резкие смены направления движения в объеме, за счет переворота тела вокруг оси, вдоль которой происходит движение.

Извивающееся тело нематоды во время ползания по поверхности

A. Bilbao et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Извивающееся тело нематоды во время плавания в объеме

A. Bilbao et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Извивающееся тело нематоды во время плавания в объеме

A. Bilbao et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

Фактически трехмерное движение нематоды состоит из отдельных фаз, во время которых тело извивается в плоскости, но периодически эти фазы сменяются за счет разворота тела в пространстве. Именно эти развороты, при которых меняется ориентация дорзо-вентральной плоскости тела в пространстве, и позволяет нематоде исследовать объем окружающего ее пространства.

Математически движение внутри одной фазы можно описать как гармоническое волновое движение, которое характеризуется тремя параметрами: амплитудой, фазой и длиной волны, а развороты описываются как торсионное вращение (что сильно отличается от описания двумерного поворота, который описывается сменой параметров гармонического движения в плоскости). Происходят смены направления при трехмерном движении нематод достаточно часто: примерно один разворот на каждые несколько извиваний тела.

Трехмерная модель перемещения нематоды в объеме

A. Bilbao et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018

По словам ученых, такой тип перемещения характерен, как минимум, для двух типов движения нематоды: при плавании или при закапывании. Конечно, два этих типа движения отличаются по скорости, но эти отличия носят количественный характер и определяются только параметрами, характеризующими сопротивление среды.

Авторы работы отмечают, что раньше считалось, что система мышц и моторных нейронов в теле нематоды абсолютно симметричная и на трехмерное движение способна только небольшая передняя часть тела червя. Однако полученные математиками результаты свидетельствуют о том, что все тело нематоды участвует в трехмерном перемещении. Ученые отмечают, что полученная ими математическая модель позволит более детально изучить механизма нейронных связей между моторными нейронами и мышцами нематоды, которые позволяют ей двигаться в трехмерном пространстве.

Ученые нередко используют математические модели для описания различных типов движения отдельных организмов или для изучения их коллективной динамики. Например, недавно японские ученые разработали модель, которая помогает изучить навигацию перелетных птиц с учетом внешних факторов, в частности направления ветра. А другая группа исследователей использовала статистические модели для описания коллективных маршрутов, которые выбирают муравьи, исследующие территорию в поисках еды.

Александр Дубов

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • математика
          • ученые
          • университет
          • геном
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции