Ученые MPI-DS раскрывают бактериальное взаимодействие, которое приводит к сложным закономерностям, и представляют универсальную модель, которая может расшифровать коллективное поведение самых разных объектов — от бактерий до стай роботов. Новая модель предполагает, что погоня за взаимодействиями может вызывать динамические закономерности в организации видов бактерий.
Структурные закономерности могут быть созданы в результате взаимодействия между двумя видами бактерий. В новой модели ученые из Института динамики и самоорганизации Макса Планка (MPI-DS) описывают, как взаимодействия на индивидуальном уровне приводят к самоорганизации видов, а их результаты дают представление об общих механизмах коллективного поведения.
В недавнем исследовании ученые из отдела физики живой материи MPI-DS разработали модель для описания путей коммуникации в бактериальных популяциях. Бактерии демонстрируют общие организационные модели, ощущая концентрацию химических веществ в окружающей среде и регулируя свои движения.
«Мы смоделировали невзаимное взаимодействие между двумя бактериями», — объясняет первый автор Юдуань. «Это означает, что вид А преследует вид Б, а цель вида Б — оттолкнуть вид А». Исследователи обнаружили, что одного только этого взаимодействия преследования и избегания было достаточно, чтобы сформировать структурный паттерн. Тип создаваемого шаблона зависит от интенсивности взаимодействия. Это дополняет предыдущее исследование, в котором была предложена модель, которая также включала внутривидовые взаимодействия бактерий для формирования закономерностей.
В эту новую модель также включены эффекты движения бактерий, которые не требуют адгезии или выравнивания для формирования сложных суперструктур, содержащих миллионы особей. «Хотя динамика бактериальных популяций демонстрирует общий порядок, на уровне отдельных бактерий дело обстоит иначе. В частности, отдельные бактерии, кажется, движутся беспорядочным образом, со структурой, которая видна только на более высоких уровнях, что очень интересно», — заключает Бенуа Мао, руководитель группы кафедры физики живой материи в MPI-DS.
Модель также позволяет учитывать более двух видов, увеличивая количество возможных взаимодействий и возникающих закономерностей. Стоит отметить, что это правило не ограничивается бактериями и может применяться к множеству коллективных форм поведения. К ним относятся управляемые светом микропловцы, социальные насекомые, стаи животных и стаи роботов. Таким образом, это исследование дает общее представление о механизмах, которые формируют крупномасштабные структуры в сетях со многими компонентами.