Вариационная модель развития поликультур микроорганизмов без пополнения запаса взаимонезаменимых ресурсов

• Автор: Фурсова, Полина Викторовна
• Шифр специальности: 03.00.02, 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 284 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
Глава 1. Вариационное моделирование в описании стационарной стадии роста сообщества микроорганизмов

1.1. Краткий обзор литературы.

1.2. Культивирование микроорганизмов без пополнения запасов ресурсов предпосылки модели

1.3. Формулировка экстремальной задачи

1.4. Теорема стратификации

1.5. Теорема о максимуме относительных численностей групп организмов, образующих сообщество.

Глава 2. Математические аспекты вариационного моделирования.

2.1. Явные формулы для расчетов областей лимитирования и относительных численностей групп организмов в частных случаях.

2.1.1. Решение для случая 2, т 2

2.1.2. Решение для случая и 3, т 2
2.1.3. Решение для случая и 3, ж 3
2.1.4. Решение для случая у 2, т 3
2.2. Особенности вырожденных случаев
2.2.1. Число лимитирующих ресурсов больше шш равно числу групп организмов в сообществе.
2.2.2. Задача о близких группах микроорганизмов.
2.2.3. Метод расчета лимитирующего ресурса для монокультур
2.3. Теорема Гиббса.
2.4. Теорема о монотонном возрастании энтропии теорема Больцмана
2.5. Анализ чувствительности модели
2.6. Модельные возможности регулирования состава сообщества
Глава 3. Приложение вариационной модели потребления и роста к описанию стационарной стадии развития сообщества диссоциан тов i.
3.1. Материалы и методы
3.1.1. Диссоцианты i и их свойства
3.1.2. Методы культивирования и измерений
3.1.3. Методы экспериментального определения лимитирующего ресурса метод добавок.
3.2. Определение потребностей
3.3. Выявление лимитирующих ресурсов.
3.4. Состав поликультур
3.5. Культивирование на средах с заданными условиями лимитирования опыты гг.
Заключение
Выводы
Список литературы


П.Левич и его коллеги применяли вариационную задачу на условный экстремум энтрописподобной функции, называемой обобщенной энтропией Левич, Левич с соавт. vi . Вывод указанной целевой функции, формализация задачи, а также ее последующие исследования, представляют собой развитие формализма Джейнса. Последовательное выполнение всех этапов позволяет решать одну из основных задач экологии, а именно, предсказывать численности видов сообщества, если известны уровни существенных факторов среды и необходимые характеристики входящих в сообщество организмов. и Мдиссоциантов бактерий i, см. Работы о диссоциантах, опубликованные в мировой литературе, относятся, в первую очередь, к патогенным микроорганизмам и к паре диссоциантов вирулентная и авирулентная вариации. Эти работы не отражают исследований по влиянию состава среды на рост клеток. Моделирование бактериальных сообществ в подавляющем большинстве ориентировано на методы проточного культивирования. Работы по моделированию стационарных состояний в условиях культивирования бактерий без возобновления запасов ресурсов практически отсутствуют. Еще одной существенной особенностью диссертационной работы является изучение не изолированных культур, а сообщества физиологически различающихся групп организмов, что не типично для большинства предшествующих лабораторных и модельных исследований. Особо следует сказать о практике применения принципов экологического лимитирования. В подавляющем большинстве случаев используются две формулировки, составляющие предельные случаи реалистичных ситуаций принцип минимума Либиха, когда лимитирующим фактором оказывается единственный фактор, и принцип совокупного действия Митчерлиха, утверждающий влияние на сообщество всех факторов среды. Методы обоснованного выявления реального набора лимитирующих ресурсов в мировой литературе отсутствуют. Считается, что ресурсы не могут заменить друг друга, так как выполняют различные функции по отношению к росту. В процессе культивирования, включающем в себя деление клеток и их гибель поглощения одних организмов другими не происходит, не производят добавления или изъятия ресурсов и микроорганизмов какимлибо искусственным способом. При таком росте сообщество развивается до наступления стационарной фазы. Продолжение культивирования приводит после некоторого времени пребывания в стационарной фазе к естественной деградации сообщества фаза отмирания. Стационарная стадия развития сообщества, состоящего из и групп микроорганизмов, которые потребляют т взаимонезаменимых ресурсов, может быть описана решением следующей задачи на условный экстремум Левич, Лсвич с соавт. Нл,,1п содержание ресурса к в среде в начале культивирования 0. Предполагается, что наборы потребностей клеток из различных групп непропорциональны друг другу. Это связано с тем, что в рамках рассматриваемой модели именно отсутствие пропорциональности обеспечивает различимость групп клеток. Важно отмстить, что функционал Нп не постулирован, а выведен, на основе категорюфункторного метода сравнения математических структур Лсвич, . Логарифм удельного числа допустимых преобразований данного состояния системы, названный обобщенной энтропией, является мерой структурированности состояний системы. Экстремальный принцип, формализуемый задачей 1. Подробное описание оснований для подобной формулировки и вывода функционала содержится в работе А. П.Левича . Нулевая численность всех групп микроорганизмов, образующих сообщество, осуществляет глобальный минимум целевой функции Нпу. Поскольку этот тривиальный случай не представляет интереса, в дальнейшем вместо задачи на экстремум 1. Я л. Существенно, что ограничения задачи 1. Тем самым учтен тот факт, что ресурсы не могут заменить друг друга, а, следовательно, для остановки роста сообщества достаточно исчерпания хотя бы одного ресурса и наступление стационарной стадии вовсе не означает, что все компоненты питания потреблены полностью. Решение задачи 1. Показано, что это решение задачи 1. Ял Левич с соавт. А 0, 1,1.