Експрес-курс у межах проєкту «KhNU-LMU BioBridge»:
«Дослідження неспостережуваного: імітаційне моделювання процесів у популяціях»

для студентів Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна
Обераудорф (Баварія, Німеччина); 15–21 грудня 2025 р.

Мета курсу — познайомити студентів з використанням імітаційного моделювання для вивчення стійкості, еволюції та різноманіття популяцій.
Учасники отримають:
— базові знання про принципи побудови імітаційних моделей на мові R — сучасному відкритому середовищі статистичних та наукових розрахунків;
— навички створення та аналізу моделей популяційної динаміки та еволюції;
— досвід спільного обговорення наукових гіпотез та планування власних досліджень.
Під час курсу учасники матимуть змогу розпочати створення власної моделі, яка може згодом стати основою курсової або кваліфікаційної роботи.

Для чого буде використано моделювання? Живі системи, які ми спостерігаємо, ставлять перед нами непрості питання, наприклад:
— чому статеве розмноження не зникає, хоча воно не найефективніше?
— як можуть співіснувати види, що мали б витіснити одне одного?
— звідки береться альтруїзм, якщо егоїсти мають перевагу?
— чому навіть найскладніші організми старіють?
— чому не зникають популяційні системи, де відбувається міжвидова гібридизація?
Звичні методи часто не дають відповіді на такі питання. Але ми можемо створити віртуальні популяції завдяки моделюванню та побачити, як їх розвиток залежить від правил, що ми передбачили при їх створенні.

Як буде використовуватися імітаційне моделювання? Ми можемо висувати різні гіпотези для пояснення феноменів, що нас цікавлять. Ми припускаємо, що ці феномени є наслідком роботи певних механізмів (причинно-наслідкових ланцюжків). Щоб перевірити, чи може певний набір механізмів пояснити те, що ми досліджуємо, можна використати імітаційне моделювання (simulation), один з напрямів математичного моделювання. У такому разі ми розбиваємо зміни досліджуваних систем на окремі кроки, кожен з яких можна описати достатньо простою математичною залежністю. На відміну від аналітичного моделювання, при імітаційному нам нема потреби пропонувати певну “формулу”, що описує процес у цілому. Моделювання дозволить встановити, чи достатньо передбачених при побудові моделі механізмів для виникнення того, що ми спостерігаємо у природі — і за яких умов це можливо.
Чи можна прорахувати взаємодію різних процесів, що впливають на розвиток біосистем, просто у своїй уяві? На жаль, ні; ми непогано моделюємо лінійні причинно-наслідкові зв’язки, а взаємодії кількох переплетених процесів є для нас контрінтуїтивною. Для таких розрахунків потрібне спеціальне програмне забезпечення – як-от мова R.

Головні розділи курсу:
— особливості мови R та деякі засоби для імітаційного моделювання;
— структура запропонованого типу імітаційних моделей, їх характерні робочі цикли;
— приклади моделей;
— створення моделей студентів-учасників курсу, їх спільне обговорення;
— інтерпретація результатів моделювання і пошук біологічних висновків.

Теми для натхнення. Імітаційне моделювання відкриває простір для творчого пошуку. На курсі обговорюватимуться переважно два напрями досліджень (хоча можна звернутися й до інших тем):
— гібридогенні комплекси видів (риб, амфібій тощо) з неменделевським спадкуванням — у співпраці з д-ром Дмитром Дідухом (Інститут фізіології та генетики тварин Чеської академії наук);
— походження та стійкість статевого розмноження та роздільностатевості — комплекс проблем, які представлять автор курсу та аспірантка ХНУ Катерина Нестеренко.
Учасники зможуть створювати власні моделі, пов’язані з цими темами або обрати інші, цікавіші для них напрями досліджень.

Додаткові матеріали для прояснення програми експрес-курсу. Ознайомитися з ідеями курсу можна у відкритих онлайн-матеріалах міжфакультетської дисципліни «Секс на R», а також у статті, що описує приклад подібної моделі та використаний підхід. Співпраця з Дмитром Дідухом у дослідженні гібридизації обговорюється у пості в FB. Деякі проблеми вивчення гібридогенного комплексу зелених жаб (дослідження якого можуть бути однією з тем для моделювання) обговорюються в цьому огляді та в цій статті.

Викладач: завідувач кафедри зоології та екології тварин Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна, д.б.н., проф. Дмитро Андрійович Шабанов  

Місце проведення: молодіжний освітній центр (а також база відпочинку) у містечку Обераудорф у Альпах, в Баварії, поруч з кордоном з Австрією.

Як взяти участь в експрес-курсі? Студенти-бакалаври Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна, які хочуть взяти участь в описаному курсі, мають заповнити анкету. У разі, якщо кількість тих, хто бажає, перевищить кількість можливих місць, куратори проєкту «KhNU-LMU BioBridge» проведуть відбір учасників на підставі мотиваційних листів. В цих листах бажано вказати те, що може бути важливим для вибору учасників заходу.
Загалом у заході зможуть взяти участь близько 25 студентів-біологів. Проходити попередні курси для потенційних учасників необхідності нема, але слід володіти біологією, математикою і програмуванням на рівні успішного випускника школи та бути готовими докладати зусиль під час заходу. Крім того, учасники мають узяти з собою власні ноутбуки!
У разі, якщо учасники проєкту мають проходити іспити під час заходу, деканат заздалегідь намагатиметься перенести для них іспити на більш ранній термін.
Відібрані учасники мають самостійно дістатися до Мюнхена і спільно виїдуть в Обераудорф вранці 15 грудня. Витрати на дорогу та проживання будуть компенсовані коштом проєкту. Організатори проєкту не зможуть забезпечити військовозобов’язаних студентів документами, які дають право на перетинання державного кордону України у разі, якщо ці студенти не мають на це право за чинними нормами.

Список студентів біологічного факультету Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна,
які запрошуються на зимову школу в Обераудорфі (Баварія, Німеччина) 15-12 грудня 2025 року

І курс
«Харківська» група

Дар’я Гончар (Daria Honchar)

«Мюнхенська» група

Олександр Зайцев (Oleksandr Zaitsev)
Олександр Коваль (Oleksandr Koval)
Даниїл Махорин (Danyil Makhorin)
Анна Нехай (Anna Nekhai)
Єгор Півень (Yehor Piven)
Павло Прокопчук (Pavlo Prokopchuk)
Андрій Ткачов (Andrii Tkachov)

ІІ курс, «Мюнхенська» група

Георгій Золотарьов (Heorhii Zolotarov)
Ірина Карпенко (Iryna Karpenko)
Кароліна Комащук (Karolina Komashchuk)
Анастасія Корпусенко (Anastasiia Korpusenko)
Іван Орел (Ivan Orel)
Єлизавета Писарчук (Yelyzaveta Pysarchuk)
Святослав Хаперський (Sviatoslav Khaperskyi)
Володимир Шигімага (Volodymyr Shyhimaha)

ІІІ курс
«Харківська» група

Артем Птуха (Artem Ptukha)
Дар’я Куріпка (Daria Kuripka)

«Мюнхенська» група

Данило Крищенко (Danylo Kryshchenko)
Дем’ян Матвейченко (Demian Matveichenko)
Олександр Захарій (Oleksandr Zakharii)
Ілля Медведєв (Illia Medvediev)

Спеціальність «Біотехнологія та біоінженерія», Харків

Дар’я Шевченко (Daria Shevchenko)

ІV курс
«Харківська» група

Сергій Сербо (Serhii Serbo)

«Мюнхенська» група

Віолетта Горбунова (Violetta Horbunova)
Вероніка Місько (Veronika Misko)
Марія Непомняща (Mariia Nepomniashcha)

Усі запрошені до участі у зимовій школі студенти отримали на електронну пошту, яку вони вказали при реєстрації, запрошення до WhatsApp-групи, де будуть обговорені нагальні питання, що пов’язані з підготовкою до заходу.