PRX速递：活系统中的形态纠缠

关键词：复杂活系统，微生物多细胞系统，复杂交互，形态纠缠

论文题目：Morphological Entanglement in Living Systems论文期刊：Physical Review X论文地址：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.14.011008
许多生物体展示出扭曲在一起并纠缠的分支形态。纠缠是不同物体相互锁定，形成复杂且通常是不可逆的结构的现象。这种物理现象在非生物材料中得到了广泛研究，例如颗粒物质、聚合物和电线，表明纠缠对组成部分的几何形状非常敏感。然而，尽管纠缠存在于许多生物体中，但在生物系统中，纠缠尚未被很好地理解。事实上，最近的研究表明，纠缠可以迅速演化，并在坚韧的宏观多细胞群体的进化中发挥关键作用。
通过一系列实验、模拟和数值分析，这项研究展示了生长通常有助于各种几何形状的纠缠。研究发现，实验中生长的纠缠分支在通过刚性组件的平移和旋转进行拆解时可能非常困难，甚至不可能。这表明生长可以访问纠缠分支的许多构型，而搅动则无法实现。研究使用模拟展示了分支树很容易生长成纠缠的结构。与不生长的纠缠材料相比，这些树在广泛的分支几何形状下都会纠缠。
因此研究者提出，通过生长实现的纠缠在很大程度上不受分支树几何形状的影响，而是取决于时间尺度，最终在足够的生长发生后实现纠缠状态。他们在雪花酵母（一种未分化的分支多细胞模型系统）实验中测试了这一假设，结果显示延长生长时间会导致纠缠，并且通过生长实现的纠缠可以适用于许多几何形状。总之，这些研究表明，生物系统中更容易实现纠缠，而非生物系统中则不太容易，这为进化出新型生物材料性质提供了广泛可行的机制。
图1. 纠缠的生长材料的例子
图2. 生长可以访问纠缠分支的许多构型，而搅动则无法实现
图3. 模拟展示了分支树很容易生长成纠缠的结构

编译｜梁金

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