Publikation: Neuartige Modelle für Superdiffusion

Unregelmäßige Bewegung ist eine grundlegende Eigenschaft von Teilchen in Flüssigkeiten und Gasen und wurde vom schottischen Botaniker Robert Brown 1827 in Pflanzenzellen entdeckt. Albert Einstein hat 1905 aus der Brownschen Bewegung eine Diffusionsgleichung hergeleitet, die eine „Vorhersage“ der Teilchenbewegung ermöglicht. Die Analyse der Brownschen Bewegung hat im letzten Jahrhundert die Entwicklung ganz neuer Forschungsrichtungen in Mathematik und Physik maßgeblich beeinflusst. Die zugrundeliegende Annahme ist immer, dass Kollisionen von Teilchen gänzlich zufällig sind. In den vergangenen Jahren zeigte sich aber, dass insbesondere biologische Teilchen, also Zellen, anomale Diffusionsbewegungen zeigen – also Zufallsbewegungen mit langreichweitigen Korrelationen. Dies macht die Entwicklung ganz neuer mathematischer Modelle notwendig.

Unter Federführung des ZIH-Wissenschaftlers Andreas Deutsch erschien in „Scientific Reports“ (Nature Publishing Group) dazu soeben eine Arbeit, die ein solches neues Modell – einen Zellulären Automaten - für Superdiffusion vorstellt. Das Modell wurde in enger Kooperation mit Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung in Braunschweig sowie der Queen Mary University in London entwickelt. Es ermöglicht es insbesondere, die kollektive Bewegung in Zellpopulationen auf effektive Weise zu analysieren, die für viele biologische Prozesse in der Embryonalentwicklung, der Wundheilung und bei der Tumorinvasion eine zentrale Rolle spielt.

Publikation:www.nature.com/articles/s41598-017-17317-x

Ansprechpartner: Andreas Deutsch