Matematikk møter biologi: hvordan celler bruker energi

Celler trenger energi for å overleve, vokse og reagere på omgivelsene sine. Denne energien kommer fra et molekyl som heter ATP, ofte kjent som cellens "energivaluta". I denne avhandlingen bruker vi matematiske modeller for å utforske hvordan mengden og fordelingen av energi inne i celler påvirker deres atferd og evne til å ta beslutninger.

Vi ser på hvordan celler styrer genene sine. Vi finner at når energinivået er høyt, har cellene større kapasitet til å ta beslutninger og kan vise mer variert atferd. Men når energien er lav, blir valgmulighetene begrenset, og cellene oppfører seg på en mer begrenset måte. Vi studerer også hvordan celler bruker kontrollsystemer - lik dem som brukes i ingeniørfag - for å oppfatte og reagere på endringer rundt seg. Disse systemene hjelper cellene å tilpasse seg, men de krever også energi. Vi finner at cellene må finne en balanse mellom å være responsive og å spare energi, ved å justere kontrollen sin etter miljøet og tilgjengelige ressurser.

Energi er ikke alltid jevnt fordelt inne i en celle. Avhengig av hvor mitokondriene (de energiproduserende delene) er plassert, kan noen områder få mer energi enn andre. Denne ujevne fordelingen kan påvirke hvordan ulike deler av cellen fungerer.

Ved å samle disse idéene gir denne avhandlingen en bedre forståelse av hvordan celler styrer energien sin og tar smarte valg. Den hjelper oss å forstå bedre hvordan endringer i energi kan påvirke cellens atferd og gjøre det mulig for dem å overleve og tilpasse seg i et miljø i endring.

Personalia

Rajneesh Kumar (f. 1996) er doktorgradsstipendiat ved Matematisk institutt, Universitetet i Bergen. Hans veiledere er professor Iain Johnston og professor Guttorm Alendal (Universitetet i Bergen). Han har en første mastergrad i anvendt matematikk fra IIT Mandi og en andre mastergrad i oseanografi fra University of Southampton i Storbritannia, som Commonwealth-stipendiat. Hans ekspertise inkluderer matematisk modellering, differensialligninger, reaksjons-diffusjonssystemer, stokastiske prosesser