Расчет поведения бактерий в грунтовых водах по принципу «бег и кувырок»

Бактерии в грунтовых водах перемещаются неожиданным образом. Они могут пассивно переноситься потоком воды или активно двигаться самостоятельно, что ученые называют поведением «бег и кувырок». Однако большинство численных моделей переноса бактерий в подземных водах не могут корректно рассчитать это движение.

В качестве первого шага к улучшению таких моделей ученые изучили перемещения двух типов микроорганизмов, ранее использовавшихся в исследованиях переноса загрязняющих веществ (на участке Hanford Site в штате Вашингтон и на полевой исследовательской площадке U.S. Department of Energy в Рифле, Колорадо). С помощью суперразрешающего флуоресцентного микроскопа EMSL они зафиксировали траектории отдельных клеток и выявили четкую последовательность: «бег» (движение в одном направлении) и «кувырок» (внезапное случайное изменение направления).

Рассчитав длительность и временные интервалы этих движений, исследователи разработали простую модель Непрерывного Случайного Блуждания (Continuous Time Random Walk, CTRW) для прогнозирования перемещения бактерий. По сравнению с существующими моделями, модель CTRW точнее предсказывает бактериальный транспорт в различных условиях.

Эти результаты — первый шаг к созданию более точных численных моделей, учитывающих активное движение бактерий. Это позволит лучше понять их роль в переносе загрязнителей, круговороте питательных веществ и других гидробиогеохимических процессах, а также поможет инженерам разрабатывать более эффективные методы управления загрязнением.