Модель с распознаванием соседей - Neighbour-sensing model
Математическая модель роста гиф с функцией определения соседей представляет собой набор интерактивных компьютерных моделей, которые имитируют грибы гифы растут в трехмерном пространстве. Трехмерное моделирование - это экспериментальный инструмент, который можно использовать для изучения морфогенез сетей гиф грибов.
Процесс моделирования начинается с того, что каждый гифа в грибковом мицелий генерирует определенное абстрактное поле, которое (подобно известным физическим полям) уменьшается с увеличением расстояния. В модели включены как скалярные, так и векторные поля. Поле (поля) и его (их) градиент (я) используются для информирования алгоритма, который вычисляет вероятность ветвления, угол ветвления и направление роста каждого кончика гифы в моделируемом мицелии. Вектор роста получает информацию о его окружении, поэтому виртуальный кончик гифы ощущает соседний мицелий. Вот почему мы называем это моделью Neighbor-Sensing.
Поперечные стенки у живых гиф образуются только под прямым углом к длинной оси гифы. Дочерняя верхушка гифа может возникнуть только в том случае, если начата ветвь. Таким образом, для грибов образование ответвлений гиф эквивалентно делению клеток у животных, растений и простейших. Положение происхождения ветви, ее направление и скорость роста являются основными формирующими событиями в развитии тканей и органов гриба. Следовательно, моделируя математику контроля роста гиф и ветвления, модель Neighbor-Sensing предоставляет пользователю способ экспериментировать с функциями, которые могут регулировать паттерны роста гиф во время морфогенеза, чтобы прийти к предложениям, которые можно было бы протестировать на живых грибах.
Модель была предложена Аудрюсом Мешкаускасом и Дэвидом Муром в 2004 году и разработана с использованием суперкомпьютеры объекты Манчестерский университет Ключевая идея этой модели состоит в том, что все части грибного мицелия имеют идентичные системы генерации поля, механизмы измерения поля и алгоритмы изменения направления роста. При правильно подобранных параметрах модели можно наблюдать трансформацию исходной неупорядоченной структуры мицелия в различные формы, некоторые из которых очень похожи на естественные плодовые тела грибов и другие сложные структуры.
В одном из простейших примеров предполагается, что кончики гиф пытаются сохранять ориентацию под 45 градусов по отношению к векторному полю силы тяжести Земли, а также создают некое скалярное поле, которого кончики растущих кончиков пытаются избежать. Такое сочетание параметров приводит к развитию полых конических структур, похожих на плодовые тела некоторых примитивных грибов.
В другом примере гифа создает векторное поле, параллельное оси гифы, и кончики имеют тенденцию поворачиваться параллельно этому полю. После того, как несколько кончиков поворачиваются в одном направлении, их гифы образуют более сильное направленное поле. Таким образом, можно наблюдать спонтанную ориентацию растущих гиф в одном направлении, что имитирует нити, тяжи и ризоморфы, производимые многими видами грибов в природе. Параметры, при которых работает модель, могут быть изменены во время ее выполнения. Это позволяет формировать большее разнообразие структур (в том числе грибовидных форм) и может моделировать случаи, когда стратегия роста зависит от внутренних биологических часов. Модель Neighbor-Sensing объясняет, как могут возникать различные грибковые структуры из-за «массовое поведение» сообщества кончиков гиф, составляющих мицелий.
Литература
- Мешкаускас А., Фрикер М.Д., Мур Д. (2004). Имитация колониального роста грибов с помощью модели роста гифов Neighbor-Sensing. Микологическое исследование, 108, 1241-1256. pdf
- Мешкаускас, А., МакНалти, Мур, Д. (2004). Согласованной регуляции тропизмов на всех концах гиф достаточно для образования большинства грибковых структур. Микологическое исследование, 108, 341-353. pdf
- Деньги НП. (2004) Теоретическая биология: грибы в киберпространстве. Природа, 431(7004):32. связь
- Дэвидсон А.Ф., Босвелл Г.П., Фишер М.В.Ф., Хитон Л., Хофстадлер Д., Ропер М. (2011). IMA грибок. 2(1): 33–37. Ссылка NCBI
Дополнительные ссылки
Более подробная информация доступна на этих веб-сайтах: [1] (первичный) и [2] (зеркало). Оба этих сайта бесплатно распространяют программы с обширной документацией.