Модель обнаружения соседей

представляет Математическая модель роста гиф с определением соседей собой набор интерактивных компьютерных моделей , которые имитируют способ грибов роста гиф в трехмерном пространстве. Трехмерное моделирование — это экспериментальный инструмент, который можно использовать для изучения морфогенеза сетей гиф грибов.

Процесс моделирования начинается с предположения, что каждая гифа в грибном мицелии генерирует некое абстрактное поле, которое, как и известные физические поля, уменьшается с увеличением расстояния. как скалярные , так и векторные поля В модели включены . Поле(я) и его (их) градиент(ы) используются для информирования алгоритма, который вычисляет вероятность ветвления, угол ветвления и направление роста каждого кончика гифы в моделируемом мицелии. Вектор роста получает информацию о своем окружении. Виртуальный кончик гифы «чувствует» соседний мицелий; таким образом, это называется моделью соседнего зондирования.

Поперечные стенки в живых гифах образуются только под прямым углом к длинной оси гифы. Вершина дочерней гифы может возникнуть только в том случае, если зародилась ветвь. Так, для грибов образование ветвей гиф эквивалентно делению клеток у животных, растений и простейших. Положение начала ветки, ее направление и скорость роста являются основными формирующими событиями в развитии тканей и органов гриба. Следовательно, моделируя математический контроль роста и ветвления гиф, модель восприятия соседей предоставляет пользователю возможность экспериментировать с функциями, которые могут регулировать модели роста гиф во время морфогенеза, чтобы прийти к предположениям, которые можно было бы проверить на живых грибах.

Модель была предложена Аудрюсом Мешкаускасом и Дэвидом Муром в 2004 году и разработана с использованием суперкомпьютерных мощностей Манчестерского университета .Ключевая идея этой модели заключается в том, что все части грибного мицелия имеют идентичные системы генерации поля, механизмы восприятия поля и алгоритмы изменения направления роста. При правильно выбранных параметрах модели можно наблюдать трансформацию исходной неупорядоченной структуры мицелия в различные формы, некоторые из которых представляют собой природноподобные плодовые тела грибов и другие сложные структуры.

В одном из простейших примеров предполагается, что кончики гиф пытаются сохранять ориентацию под углом 45 градусов по отношению к векторному полю гравитации Земли, а также генерируют некое скалярное поле, которого растущие кончики стараются избегать. Такое сочетание параметров приводит к развитию полых конических структур, похожих на плодовые тела некоторых примитивных грибов.

В другом примере гифа генерирует векторное поле, параллельное оси гифы, и кончики имеют тенденцию поворачиваться параллельно этому полю. После того, как несколько кончиков повернутся в одном направлении, их гифы образуют более сильное направленное поле. Таким образом можно наблюдать спонтанную ориентацию растущих гиф в одном направлении, что имитирует тяжи, тяжи и ризоморфы, образующиеся в природе у многих видов грибов.Параметры, при которых работает модель, могут быть изменены в ходе ее выполнения. Это позволяет формировать большее разнообразие структур (в том числе грибовидных форм) и, как можно предположить, моделирует случаи, когда стратегия роста зависит от внутренних биологических часов.Модель восприятия соседа объясняет, как различные грибковые структуры могут возникать из-за «поведения толпы» (конвергенции) сообщества кончиков гиф, составляющих мицелий.

Литература

Мешкаускас А., Фрикер, доктор медицинских наук, Мур Д. (2004). Моделирование колониального роста грибов с помощью модели роста гиф с соседством. Микологические исследования , 108 , 1241-1256. PDF
Мешкаускас А., МакНалти, Мур Д. (2004). Согласованной регуляции тропизмов во всех кончиках гиф достаточно для образования большинства грибковых структур. Микологические исследования , 108 , 341-353. PDF
Деньги НП. (2004) Теоретическая биология: грибы в киберпространстве. Природа , 431 (7004):32. связь
Дэвидсон А.Ф., Босуэлл ГП, Фишер М.В.Ф, Хитон Л., Хофстадлер Д., Ропер М. (2011). ИМА Гриб . 2 (1) : 33–37. ссылка на NCBI

Дополнительные ссылки

Более подробную информацию можно получить на этих веб-сайтах: [1] (основной) и [2] (зеркало). Программы с обширной документацией распространяются на обоих сайтах бесплатно.

Примечания