Математика — это точная формальная наука, первоначально исследовавшая количественные отношения и пространственные формы.
Бактерии — мельчайшие одноклеточные организмы, которых можно встретить повсюду: в пресных и солёных водоёмах, на поверхности приполярных льдов, в горячих источниках, в почве, на поверхности и внутри тел других организмов.
Вирус — неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри клеток. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей (вирусы бактерий обычно называют бактериофагами). Обнаружены также вирусы, способные реплицироваться только в присутствии других вирусов (вирусы-сателлиты).
Какова же связь математики с простейшими микроорганизмами?
МАТЕМАТИКА – ТОЧНАЯ НАУКА, ТРЕБУЮЩАЯ ЧЁТКОГО АНАЛИЗА И МНОЖЕСТВО ПРАКТИКИ, А ТАКЖЕ ВКЛЮЧАЮЩАЯ В СЕБЯ НЕКОТОРЫЕ РАЗДЕЛЫ
ГЕОМЕТРИЯ
БАКТЕРИИ И ВИРУСЫ ИМЕЮТ СВОЮ ФОРМУ, А ТАКЖЕ ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ. ЗА ЭТО, ИЗ РАЗДЕЛА МАТЕМАТИКИ, ОТВЕЧАЕТ НАУКА “ГЕОМЕТРИЯ”
Геометрия — это раздел математики, который изучает пространственные структуры и отношения, а также их обобщения.
Геометрия занимается:
•взаимным расположением тел, которое выражается в прикосновении или прилегании друг к другу;
•величиной тел, то есть понятиями о равенстве тел, «больше» или «меньше»;
преобразованиями тел.
ИЗ ЧЕГО ЖЕ СОСТОЯТ ВИРУСЫ И БАКТЕРИИ?
Вирусные частицы (вирионы) состоят из двух или трёх компонентов: генетического материала в виде ДНК или РНК, белковой оболочки (капсида), защищающей эти молекулы, и, в некоторых случаях, — дополнительных липидных оболочек. Наличие капсида отличает вирусы от вирусоподобных инфекционных нуклеиновых кислот — вироидов.
Бактерии состоят из следующих элементов:
1.Клеточная стенка, которая состоит из муреина и выполняет защитную функцию.
2.Немембранные органоиды: рибосомы, жгутики, пили.
3.Наследственный материал (ДНК) находится в цитоплазме в виде нуклеоида.
4.Спора — защитная оболочка, которая образуется при неблагоприятных условиях.
КАК МАТЕМАТИКА ПОМОГАЕТ ИЗУЧАТЬ ВИРУСЫ И БАКТЕРИИ?
Как же наблюдать с достоверностью рост и размножение микроорганизмов? Как подсчитывать мельчайшие клетки бактерий или дрожжевых грибов? Этим вопросом занимался Ж. Моно из Пастеровского института в Париже в период, казалось бы, наименее благоприятный для подобных исследований, — в первые два года второй мировой войны.
Для своего времени Моно был очень точен в оценке роста бактериальных культур. Он уже имел опыт ряда предшественников, внесших свой вклад в изучение размножения микробов. Некоторые из них использовали и понятие «кривая роста», а Лэйн-Клейпон установила четыре последовательные фазы роста бактерий.
Согласно Моно, размножение популяции бактерий происходит следующим образом. При посеве бактерий на свежую питательную среду они приспосабливаются к новым условиям и первое время не размножаются; этот период принято называть лаг-фазой. После него следует фаза быстрого размножения с логарифмической зависимостью числа клеток от времени выращивания, что выражается экспоненциальной кривой. В связи с этим описанная часть кривой роста называется логарифмической фазой, или лог-фазой. Постепенно, однако, питательные вещества из раствора исчезают, а среда обогащается продуктами выделения бактерий, часто тормозящими процесс размножения. Бактерии вступают в стационарную фазу. Затем они начинают отмирать и распадаться, и кривая роста входит в фазу отмирания.
Математическая модель помогла описать течение инфекции, вызванной двумя вариантами коронавируса — омикрон и дельта, а также объяснить их отличия. Оказалось, что омикрон медленнее проникает в клетку, благодаря чему у неё есть время оповестить соседние клетки об опасности и заставить их активировать врождённый иммунитет.
Математика активно используется в биологии. С одной стороны, с её помощью можно точно описать сложные биологические процессы, а с другой — математическое моделирование позволяет посмотреть на отдельные компоненты этих процессов и увидеть то, что невозможно увидеть в эксперименте: например, как клетка расходует липиды и белки при вирусном процессе.
Математическое моделирование позволяет предсказывать, как поведёт себя вирус при мутациях, и, соответственно, находить способы реагировать на новые вызовы
ВЫВОД:
НА ПЕРВЫЙ ВЗГЛЯД МАТЕМАТИКА, БАКТЕРИИ И ВИРУСЫ – ДАЛЁКИЕ ПОНЯТИЯ.
МАТЕМАТИКА– НАУКА, ТРЕБУЮЩАЯ ЗНАНИЙ, ТОЧНЫХ РАСЧЁТОВ И ПРАКТИКИ
БАКТЕРИИ И ВИРУСЫ – МИКРООРГАНИЗМЫ, ИМЕЮЩИЕ ЖИВОЕ СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ
НО НЕ СМОТРЯ НА ЭТО МАТЕМАТИКА ТАКЖЕ СПОСОБНА ИЗУЧАТЬ И АНАЛИЗИРОВАТЬ ПОДОБНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ, А ТАКЖЕ ПОМОГАТЬ В ИХ БОРЬБЕ ИЛИ ОСВОЕНИИ.
С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИКИ МОЖНО ИЗУЧИТЬ ВНЕШНЮЮ ФОРМУ БАКТЕРИЙ И ВИРУСОВ, А ТАКЖЕ ИХ ВНУТРЕННИЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ. ИЗУЧИТЬ И СЛЕДИТЬ ЗА РОСТОМ, РАЗВИТИЕМ И РАЗМНОЖЕНИЕМ. МОДЕЛИРОВАТЬ ИХ НА КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ ЛУЧШЕЙ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ И РАССМОТРЕНИЯ ИСХОДОВ РАЗЛИЧНЫХ ПОДГОТОВЛЕННЫХ ИСХОДОВ.
МАТЕМАТИКА СПОСОБНА НА МНОГОЕ! И МЫ МОЖЕМ БЫТЬ УВЕРЕНЫ, ЧТО ЕСЛИ В БУДУЩЕМ НА НАШЕЙ ЗЕМЛЕ ВОЗНИКНУТ РАЗЛИЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ, УГРОЖАЮЩИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ ИЛИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ, ТО МАТЕМАТИКА СМОЖЕТ НАМ ПОМОЧЬ!
Автор: Фирсов А.В.
