Математическая модель соседнего зондирования роста гиф представляет собой набор интерактивных компьютерных моделей , которые имитируют рост гиф грибов в трехмерном пространстве. Трехмерное моделирование является экспериментальным инструментом, который может быть использован для изучения морфогенеза сетей грибов-гиф.
Процесс моделирования начинается с предположения, что каждая гифа в грибковом мицелии генерирует определенное абстрактное поле, которое, подобно известным физическим полям, уменьшается с увеличением расстояния. В модели включены как скалярные , так и векторные поля . 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 информируется об его окружении. Виртуальный кончик гифы «чувствует» соседний мицелий; таким образом, это называется моделью определения соседей.
Поперечные стенки в живых гифах образуются только под прямым углом к длинной оси гифы. Дочерняя гифальная вершина может возникнуть только в том случае, если инициируется разветвление. Таким образом, для грибов образование гифальной ветви является эквивалентом деления клеток у животных, растений и простейших. Положение начала ветви, ее направление и скорость роста являются основными формирующими событиями в развитии тканей и органов грибов. Следовательно, моделируя математику контроля роста и ветвления гиф, модель соседнего зондирования предоставляет пользователю способ экспериментировать с особенностями, которые могут регулировать модели роста гиф во время морфогенеза, чтобы прийти к предложениям, которые можно было бы проверить с живыми грибами.
Модель была предложена Аудрюсом Мешкаускасом и Дэвидом Муром в 2004 году и разработана с использованием суперкомпьютерных мощностей Манчестерского университета . Основная идея этой модели заключается в том, что все части грибкового мицелия имеют идентичные системы генерации поля, механизмы считывания 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 плодовые тела грибов, похожие на природные, и другие сложные структуры.
В одном из простейших примеров предполагается, что кончики гиф пытаются сохранять ориентацию в 45 градусов по отношению к векторному полю гравитации Земли, а также создают некое скалярное поле, которое кончики роста пытаются избежать. 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 больше кончиков поворачиваются в том же направлении, их гифы формируют более сильное направленное поле. Таким образом, можно наблюдать спонтанную ориентацию растущей гифы в одном направлении, что имитирует нити, шнуры 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 (включая грибоподобные формы) и, как можно предположить, имитирует случаи, когда стратегия роста зависит от внутренних биологических часов. Модель восприятия соседей объясняет, как различные грибковые структуры могут возникать из-за «поведения толпы» (конвергенции) сообщества кончиков гиф, составляющих мицелий.
Более подробную информацию можно найти на этих сайтах: [1] (основной) и [2] (зеркало). Программы с обширной документацией распространяются как бесплатное ПО на обоих этих сайтах.