重新审视生物生长的几何理论
摘要：从受精卵到成熟胚胎的生物形态发展的理论描述的第一原理方法仍然是应用物理学和理论生物学所面临的核心挑战。与其引用自组织和非平衡统计力学的原则来描述一个发育中的胚胎的活跃细胞构成要素，我们构建了一个纯几何理论，涉及胚胎所占据的环境空间的性质。1975年，Field奖得主Ren''{e} Thom发展了一套技术和局部动力学模型，能够重建系统在每个新生长事件中的局部动力学。每个新的生长事件（例如四肢的发育）是系统动力学的拓扑变化，只能根据空间的性质进行分类。局部模型可能是具有稳定吸引子行为的非守恒流，用作系统发育的组织中心。汉密尔顿流也可以考虑具有新颖的自我复制模糊吸引子行为。生长事件的集合成为与可微流形相关的展开空间。生长事件的集合，Thom将其称为灾变集，具有特殊的代数性质，这些模型可以是低维的——局部模型只包含很少的参数。我们将Thom的工作呈现为一个研究计划，概述了构建这些局部模型的框架，最终将这些模型合成为对发育中的生物有机体的完整理论描述。我们给出了将选定模型应用于胚胎胃化过程中的关键生长事件的示例。
作者：Dominic Gastaldo, David Silverstein
论文ID：2104.03379
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2021-04-30