Общая информация

Дополнительная информация

Диапазон исследований, проводимых сотрудниками сектора теоретических проблем биофизики весьма широк. Одно из направлений работы – исследование механизмов пространственно-временной самоорганизации в нелинейных диссипативных динамических системах. В частности, проводится изучение пространственно-временных режимов в активных средах, описываемых системами дифференциальных уравнений параболического типа. Наряду с общими проблемами этих систем, такими как существование и устойчивость решений, отбор пространственных мод, сведение моделей к базовой форме, предлагаются и исследуются модели конкретных физических, химических и биологических систем, демонстрирующих сложное пространственно-временное поведение: волн горения, структур Лизеганга; структур, образуемых бактериальными системами; морфогенеза у высших организмов; электрохимических структур на поверхности мембран клеток; пространственного роста опухоли. Также проводится теоретическое исследование систем с автоколебательной локальной динамикой; аттракторов и структур в сетях связанных асимметричных релаксационных осцилляторов; многоклеточных систем, в которых каждая клетка рассматривается как осциллятор, обладающая способностью к делению и взаимодействующая с другими клетками. Третье направление исследований относится к биоинформатике, а именно, проводятся работы по теории генерации информации (на примере происхождения жизни и эволюции); теории реализации генетической информации в онтогенезе; теории обработки информации в биосистемах (анализ изображений, нейро- и биокомпьютинг).
Основные результаты. Исследование общих свойств моделей диссипативных структур, таких как существование и устойчивость решений, отбор пространственных мод, сведение моделей к базовой форме. Разработка теории пространственно-временных структур в активных средах, обусловленных диффузионной неустойчивостью. Разработка математических моделей конкретных биологических и химических систем, демонстрирующих пространственную самоорганизацию, а именно, моделей структурообразования в колониях бактерий, структур Лизеганга, образующихся при выпадении химического вещества в осадок, периодических структур, предшествующих формированию позвоночника у высших животных, электро-химических структур, возникающих под действием света в мембранах клеток зеленых водорослей. Формулировка модели роста опухоли, в рамках которой исследована возможная роль клеточной подвижности в доминировании одной из клеточных популяций в опухоли, исследована устойчивость фронта растущей опухоли, исследовано влияние пространственной гетерогенности среды на рост и инвазию опухоли. Исследование устойчивости пламени в термодиффузионных моделях горения, в частности, нахождение в пространстве параметров областей существования бегущих волн, пульсирующих волн, соответствующих различным периодам осцилляций, и хаотических волн горения. Систематическое изучение взаимодействующих осцилляторов: коллективные моды и мультиритмичность в системе из двух связанных клеток, зависимость размеров областей устойчивости аттракторов и области их сосуществования от релаксационности осцилляторов; изучение автоколебательных систем связанных по медленной переменной; обнаружение кластерной мультистабильности в системе глобально связанных осцилляторов.

Несколько работ, наиболее ярко представляющих исследования по теоретическим проблемам биофизики:
1. A.A. Bulychev, A.A. Polezhaev, S.V. Zykov et al, Light-triggered pH Banding Profile in Chara Cells Revealed with a Scanning pH Microprobe and its Relation to Self-Organization Phenomena. J. theor.Biol., 2001, v.212, 275-294.
2. V.V. Gubernov, A.V. Kolobov, A.A. Polezhaev, H.S. Sidhu, G.N. Mercer, Period doubling and chaotic transient in a model of chain-branching combustion wave propagation, Proc. R. Soc. A, 2010, v. 466, 2747-2769.
3. A.V. Kolobov, V.V. Gubernov and A.A. Polezhaev. Autowaves in the Model of Infiltrative Tumour Growth with Migration-Proliferation Dichotomy. Math. Model. Nat. Phenom., 2011, v. 6, No. 7, 27-38.
4. E. Ullner, A. Zaikin, E. I. Volkov et al, Multistability and clustering in a population of synthetic genetic oscillators via phase-repulsive cell-to-cell communication, Phys. Rev. Lett. 2007, v. 99, 148103.

Научно-популярные публикации:
1. Как победить раковую опухоль, подскажет ее модель (http://fian-inform.ru/old/?mode=mnews&id=258&page=23)
2.Рак на стыке наук (http://www.gazeta.ru/science/2010/01/13_a_3310905.shtml)
3. Российские ученые создали адекватную физико-математическую модель раковой опухоли (http://www.nanonewsnet.ru/news/2010/rossiiskie-uchenye-sozdali-adekvatnuyu-fiziko-matematicheskuyu-model-rakovoi-opukholi)