Seminário de Análise e Equações Diferenciais

Stability and Bifurcations in a Free Boundary PDE Models of Cell Motility

Sala 6.2.33, Ciências ULisboa (com transmissão via Zoom)
Pintura abstrata azul e rosa
Foto de FlyD na Unsplash

Por Leonid Berlyand (Penn State University).

We begin with a brief overview of the rapidly developing research area of active matter (a.k.a. active materials). These materials are intrinsically out of equilibrium resulting in novel physical properties whose modeling requires the development of new mathematical tools. We focus on studying the onset of motion of a living cell (e.g., a keratocyte) driven by myosin contraction. We introduce a minimal two-dimensional free-boundary PDE model that captures the evolution of the cell shape and nonlinear diffusion of myosin.

We first consider a linear diffusion model with two sources of nonlinearity: Keller-Segel cross-diffusion term and the free boundary that models moving/deformable cell membranes. Here we establish asymptotic linear stability and derive the explicit formula for the stability-determining eigenvalue.

Next, we consider the effect of nonlinear myosin diffusion, which results in the change of the bifurcation type from super- to subcritical, and we obtain an asymptotic representation of the bifurcation curve (for small velocities). This allows us to derive an explicit formula for the curvature at the bifurcation point that controls the bifurcation type. In the most recent work in progress with the Heidelberg biophysics group, we study the relation between various types of nonlinear diffusion and bistability.

Finally, we discuss novel mathematical features of this free boundary model with a focus on non-self-adjointness, which plays a key role in the spectral stability analysis. Our mathematics reveals the physical origins of the non-self-adjoint of the operators in this free boundary model.

Joint works with A. Safsten & V. Rybalko (Transactions of AMS 2023, and Phys. Rev. E 2022), with O. Krupchytskyi &T. Laux (Preprint 2024), and with A. Safsten & L. Truskinovsky ( Arxiv preprint 2024). This work has been supported by NSF grants DMS-2404546, DMS-2005262, and DMS-2404546.


Transmissão via Zoom.

13h30-14h30
CEMS.UL - Centro de Estudos Matemáticos
Computador portátil a projetar imagem de sequência biológica

O curso visa a aquisição de conhecimentos sobre as ferramentas bioinformáticas disponíveis para efetuar análises de sequências de DNA e proteínas, bem como a autonomia e espírito crítico na utilização dessas ferramentas. Procura igualmente desenvolver competências na utilização de software de bioinformática disponível gratuitamente na Internet e na interpretação do significado biológico dos resultados - candidaturas até 12 dezembro.

Bola de cristal colocada no solo

O curso tem como objetivo apresentar aos participantes um estado da arte atualizado sobre a diversidade da biota do solo e os papéis funcionais desempenhados pelos organismos do solo nos principais processos ecológicos - candidaturas até 19 de dezembro.

Imagem exemplificativa da área da deteção remota

Este curso avançado tem como objetivo fornecer acesso e ferramentas para a aquisição e processamento de dados de deteção remota para diferentes aplicações, usando imagens multiespectrais de satélite, drone, terrestres e LiDAR, com foco na caracterização da vegetação e da paisagem, bem como das suas mudanças ao longo do tempo - candidaturas até 19 de dezembro.

Imagem abstrata

Neste curso, será promovida uma abordagem multidisciplinar, apresentando as descobertas mais recentes sobre o tema e desafiando a forma tradicional de considerar as associações simbióticas como exceções e não como a regra - candidaturas até 09 de janeiro.

A conferência visa reunir os principais especialistas no domínio da Imagiologia Médica por Micro-ondas (MMWI) e incluirá palestras, apresentações e pósteres de resumos revistos por pares e artigos de conferências, bem como workshops em áreas satélite de investigação com interesse para a investigação em MMWI.

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